机器视觉在智能制造业用途分析，机器视觉运用图解及应用领域

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随着工业4.0时代的到来，机器视觉在智能制造业领域的作用越来越重要，为了能让更多用户获取机器视觉的相关基础知识，包括机器视觉技术是如何工作的、它为什么是实现流程自动化和质量改进的正确选择等。小编为你准备了这篇机器视觉的干货资料。

什么是机器视觉？

我们先从机器视觉的定义开始，根据制造工程师协会的定义：机器视觉就是使用光学非接触式感应设备自动接收并解释真实场景的图像以获得信息控制机器或流程。

那么，这到底是什么意思呢？简单来说，机器视觉就是为了流程控制或检测所制造的产品而从数字图像中自动提取信息，看下图示范：

机器视觉运用图解

为了更好地理解机器视觉，下面，我们以啤酒厂采用的填充液位检测系统为例来进行说明：

图1 啤酒瓶填充液位检验示例

当每个啤酒瓶移动经过检测传感器时，检测传感器将会触发视觉系统发出频闪光，拍下啤酒瓶的照片。采集到啤酒瓶的图像并将图像保存到内存后，视觉软件将会处理或分析该图像，并根据啤酒瓶的实际填充液位发出通过-未通过响应。如果视觉系统检测到一个啤酒瓶未填充到位，即未通过检测，视觉系统将会向转向器发出信号，将该啤酒瓶从生产线上剔除。操作员可以在显示屏上查看被剔除的啤酒瓶和持续的流程统计数据。

另外，机器视觉系统还能够进行物品测量，比如确定火花塞间隙或提供位置信息，引导机器人在制造组装过程中将元件对位，图2显示的例子主要是说明机器视觉系统如何能够用于进行滤油器（右）通过或未通过检测，以及测量支架上中心轴头的宽度（左）。

图2 机器视觉系统能够在生产线上进行实时测量和检验，比如加工支架（左）或滤油器（右）

在这个应用示例中，填充液位检验系统仅可提供两种结果，这显示了二进制系统的特征：

1、如果产品合格，则检测结果为“通过”

2、如果产品不合格，则检测结果为“未通过”。

机器视觉的优势究竟有哪些？

虽然人类视觉最擅长于对复杂、非结构化的场景进行定性解释，但机器视觉则凭借速度、精度和可重复性等优势，擅长于对结构化场景进行定量测量，举例来说，在生产线上，机器视觉系统每分钟能够对数百个甚至数千个元件进行检测。配备适当分辨率的相机和光学元件后，机器视觉系统能够轻松检验小到人眼无法看到的物品细节特征。

另外，由于消除了检验系统与被检验元件之间的直接接触，机器视觉还能够防止元件损坏，也避免了机械部件磨损的维护时间和成本投入。通过减少制造过程中的人工参与，机器视觉还带来了额外的安全性和操作优势。此外，机器视觉还能够防止洁净室受到人为污染，也能让工人免受危险环境的威胁。

机器视觉在实现战略目标过程中的重要作用

机器视觉的应用领域

识别

标准一维码、二维码的解码

光学字符识别（OCR）和确认（OCV）

检测

色彩和瑕疵检测

零件或部件的有无检测

目标位置和方向检测

测量

尺寸和容量检测

预设标记的测量，如孔位到孔位的距离

机械手引导

输出空间坐标引导机械手精确定位

机器视觉系统的分类

智能相机

基于嵌入式

基于PC

机器视觉系统的组成

图像获取：光源、镜头、相机、采集卡、机械平台

图像处理与分析：工控主机、图像处理分析软件、图形交互界面。

判决执行：电传单元、机械单元

光源种类

LED：寿命长/可以有各种颜色/便于做成各种复杂形状/光均匀稳定/可以闪光；

荧光灯：光场均匀/价格便宜/亮度较LED高；

卤素灯：亮度特别高/通过光纤传输后可做成；

氙灯：使用寿命约1000小时/亮度高，色温与日光接近。

（大部分机器视觉照明采用LED）

光源：光路原理

照相机并不能看见物体，而是看见从物体表面反射过来的光。

镜面反射：平滑表面以对顶角反射光线

漫射反射：粗糙表面会从各个方向漫射光线

发散反射：多数表面既有纹理，又有平滑表面，会对光线进行发散反射

光源：作用和要求

在机器视觉中的作用照亮目标，提高亮度形成有利于图像处理的效果克服环境光照影响，保证图像稳定性用作测量的工具或参照良好的光场设计要求对比度明显，目标与背景的边界清晰背景尽量淡化而且均匀，不干扰图像处理与颜色有关的还需要颜色真实，亮度适中，不过曝或欠曝；

光源：光场构造

明场：光线反射进入照相机

暗场：光线反射离开照相机

光源：构造光源

使用不同照明技术对被测目标会产生不同的影响，以滚珠轴承为例：

镜头：主要参数

工业的镜头大都是多组镜片组合在一起的。计算时会忽略厚度对透镜的影响将其等效成没有厚度的播透镜模型，即理想凸透镜。

参数：焦距/视场/物距/像距/光圈/景深/分辨力/放大倍数/畸变/接口

分辨率：对色彩和纹理的分辨能力。

畸变：镜头中心区域和四周区域的放大倍数不相同。

畸变的校正一般用黑白分明的方格图像来进行，过程并不复杂。一般如果畸变小于2%，人眼观察不到；若畸变小于CCD的一个像素，摄像机也看不见。

镜头：分类

CCTV镜头

专业摄影镜头

远心镜头

镜头：远心镜头

在测量系统中，物距常发生变化，从而使像高发生变化，所以测得的物体尺寸也发生变化，即产生了测量误差；

即使物距是固定的，也会因为CCD敏感表面不易精确调整在像平面上，同样也会产生测量误差。

采用远心物镜中的像方远心物镜可以消除物距变化带来的测量误差，而物方远心物镜则可以消除CCD位置不准带来的测量误差。

相机

种类：线&面、隔/逐、黑/彩、数/模、低/高、CCD/CMOS

指标：象元尺寸、分辨率、靶面大小、感应曲线、动态范围、灵敏度、速度噪声、填充因子、体积、质量、工作环境等

工作模式：Free run、Trigger（多种）、长时间曝光等

传输方式：GIGE，Cameralinker,模拟

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第一讲视频拍摄简介（上）【PPT课件】ppt

本次讲座关键词：本次讲座关键词：相机、视频拍摄、相机技巧相机、视频拍摄、相机技巧 2009AUHUST, QiaoQian, Allrightsreserved. Lecture 1 Lecture 1 视频拍摄入门（第 1 部分）视频拍摄入门（第 1 部分）数据来源：社团联合会乔迁之喜第 1 部分第 1 部分了解您的相机设备了解您的相机设备要点：要点：摄像设备的分类摄像设备的分类普通消费级相机的基本操作普通消费级相机的基本操作相机周边设备相机周边设备设备讲座 1 第 1 部分认识您的相机设备 1. 相机设备的分类 1. 按用途分类： AUHUST媒体中心专业培训课程-视频拍摄入门专业级消费级应用于广电领域，图像质量高。它们具有综合性能，但价格较高且尺寸较大。它们具有最高的清晰度和最大的信噪比。图像质量最好用于广播电视以外的专业电视领域，例如电教教育。图像质量低于广播中使用的图像质量。该相机适合家庭使用。用于对图像质量要求不高的非商业场合，例如家庭娱乐。此类相机体积小、重量轻、携带方便、操作方便、价格便宜。广播级讲座1 第1部分认识你摄像设备 1.摄像设备分类 2.按存储介质分类：AUHUST媒体中心专业培训课程-视频拍摄简介磁带类型 CD类型硬盘类型存储卡类型 3.按传感器类型和数量分类：CMOS、单CCD、3CCD 第1讲第1部分：了解您的相机设备2.了解相机（演示）AUHUST媒体中心专业培训课程-视频拍摄开关、镜头、取景器等第二部分第二部分：视频拍摄技巧的使用视频拍摄时使用技巧要点：要点：持机姿势：稳定是一切的基础。握相机姿势：稳定是一切的基础。射击姿势：站姿射击、跪姿射击、辅助器材。射击姿势：站姿射击、跪姿射击、辅助器材。器械基本功：持、推、拉、摇、动基本功：持、推、拉、摇、动高级功：随、投、虚、摇、提、转高级功：随、投、虚、三步行平移的方法有：摇动、抬起、旋转。徒步平移的三种方法。第一讲第二部分视频拍摄技术的应用。 1. 握姿AUHUST媒体中心专业培训课程-视频拍摄的扎实入门。这是摄影爱好者应该牢记的第一要素。

稳定的画面给人一种安全、真实、美好的享受，让人观看时感觉非常舒服；如果画面不稳定，整个画面就会晃动，让人很难看清被摄体，也很难理解你。拍摄意图。而且这些图片让人眼花缭乱，对人的心理产生影响，让人心情烦躁，非常焦虑。我不从心理学上解释这一点，只是简单地想一下。一个物体在你眼前跳来跳去。你想看清楚却看不清楚。你的心情会好吗？因此，保持画面的一贯稳定性是摄影的首要前提。无论是推、拉、晃动、移动、俯仰、倾斜、变焦等，都要时刻思考如何保持画面的稳定性，这样才能拍出好照片。材料。不使用三脚架时打开相机的图像稳定（防抖）功能。第一讲第二部分：视频拍摄技巧 1. 握持姿势 10 AUHUST 媒体中心专业培训课程 - 视频拍摄简介 1. 广播级和专业级摄像机：第一讲第二部分：视频拍摄技巧的使用 1. 持握姿势姿势 11AUHUST 媒体中心专业培训课程-视频拍摄手持入门 2.消费级：（演示）讲座一、第二部分视频拍摄 2.拍摄姿势（演示） 12AUHUST 媒体中心专业培训课程-视频拍摄入门站立拍摄：手持双手紧握相机，肩膀放松，右肘靠近身体两侧，将相机举得略高于胸部位置。用左手握住摄像机有助于稳定摄像机，并采取舒适稳定的姿势以确保摄像机稳定不动。

双腿自然分开，大约与肩同宽，脚趾稍微分开。站稳并保持身体平衡。摆动时应将起始位置置于身体不舒服的位置，将下降位置置于身体舒适的位置。如果条件允许，尽量保持双脚不动。跪姿拍摄：左膝盖着地，右肘放在右腿膝盖上，左手支撑相机，以达到最佳的稳定性。坐姿拍摄、蹲姿拍摄 2. 拍摄姿势（演示） 13 AUHUST 媒体中心专业培训课程-三脚架视频拍摄入门：讲座一第二部分：视频拍摄技术应用 3. 基础技巧 14 AUHUST 媒体中心专业培训课程 - 视频拍摄简介。设置：观看范围固定。推：观看范围逐渐变小，使观众感觉离主体更近。使用相机的变焦功能。拉动：观看范围逐渐变大，使观众感觉更近。感觉主体正在逐渐远离主体。后期处理时使用相机的变焦功能将视频的速度调整为-100%。功能：突出关键场景，绘制详细介绍。功能：展示主体在环境中的位置，体现部分与整体的关系。第一讲第二部分视频拍摄技术应用。 3. 基本技术 15 AUHUST媒体中心专业培训课程-视频拍摄入门。晃动：相机位置不移动，仅改变拍摄方向。功能：改变所需的表达式。场景一一向观众展示手持摄像机（演示）。使用三脚架时相机的移动范围必须清晰。第一部分、第二部分，视频拍摄技巧的应用。 3. 基本技巧 16 AUHUST 媒体中心专业培训课程-视频拍摄简介移动：摄像机位置移动，拍摄方向不变。作用：展示场景中人与物的空间关系，将某些事物串联起来表达，使静止的物体看起来是运动的。

类别：横向移动、垂直移动（类似推拉效果）手持移动方式（后续课程详细介绍）工具：使用导轨或相机臂，使用长焦镜头+摇杆实现第二部分的视频拍摄第一讲 AUHUST媒体中心专业培训课程 17 AUHUST媒体中心专业培训课程-视频拍摄简介跟随：跟随物体或人进行拍摄：拍完一张后相机不停止，快速平移到另一张该场景综合运用了上述基本手法，使跟随物体和摄像机的位置相对固定：强调空间变换，不同地点的事物同时发生，节奏极快，营造出紧张的气氛。第二部分第一部分是视频拍摄中的技巧运用。功能：在体育比赛和纪录片中，观众总能清晰地看到拍摄对象。通过镜头非常快速的“平移”，可以通过后期处理来实现。 4. 进阶技巧 18 AUHUST 媒体中心专业培训课程-视频拍摄入门虚拟：清晰的物体变得模糊，模糊的物体变得清晰。使用手动对焦。尝试使用长焦镜头，将镜头的焦距推到最长的效果：表达出非常细腻的情感色彩。第 1 讲，第 2 部分，视频拍摄中使用的四种技术。 , 高级技巧 19AUHUST媒体中心专业培训课程-视频拍摄简介摇动：有目的地摇动相机，抬起：上下移动相机拍摄画面。拍摄时最好手持相机或肩扛相机。功能：丰富视觉体验，增强空间感深度错觉，产生高度感第一讲第二部分视频拍摄技巧运用：突出真实性，如酒鬼眼中的世界、地震、风浪综合利用上下“移动”和“晃动”的手法使用机械化摄像臂控制实现旋转：360度旋转拍摄效果：产生眩晕效果 4.高级技巧 20AUHUST媒体中心专业培训课程-视频拍摄入门全部技巧以上所述并不是孤立存在的，而是往往千变万化，可以相互组合，从而形成丰富多彩的综合运动镜头效果。

拍摄时，镜头移动要保持恒定、流畅，前后镜头的节奏和速度要一致。不要漫无目的地滥用拍照技巧，不要无缘无故停顿，也不要上下左右前后晃动。这不仅会影响内容的表达，还会使观众头晕目眩。第一讲第二部分：视频拍摄技巧的应用五、步行移动的三种方法（示范）21AUHUST媒体中心专业培训课程-简介视频拍摄——前进后退、左右拍摄，第1讲第2部分：视频拍摄弧形移动拍摄技巧 22 AUHUST媒体中心专业培训课程——视频拍摄简介讲座1第2部分视频拍摄技巧第5部分第五部分主题拍摄练习主题拍摄练习要点：要点：分镜头剧本分镜头剧本庆典、展览及会议拍摄庆典、展览及会议拍摄音乐会、大型晚会拍摄音乐会、大型晚会拍摄课堂教学拍摄课堂教学拍摄 MV MV 、电视短片拍摄、电视短片AUHUST媒体中心专业培训课程-视频拍摄简介讲座1第5部分视频拍摄实践1.镜头脚本24 AUHUST媒体中心专业培训课程-视频拍摄简介讲座1第5部分、视频拍摄实践1.镜头脚本25 AUHUST媒体中心专业培训课程-视频拍摄简介第1讲第5部分视频拍摄实践1.镜头脚本26 AUHUST媒体中心专业培训课程-视频拍摄简介下一篇的内容课时：3.拍摄时的构图方法4.视频拍摄时的布光方法5.主题拍摄练习