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如何選擇一款機(jī)器視覺系統(tǒng)？

選擇一款機(jī)器視覺系統(tǒng)優(yōu)先考慮的十個(gè)方面

這份文檔是為了使用戶在選擇一款機(jī)器視覺系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該考慮的關(guān)鍵的、基本的特性方面提供指導(dǎo)。下面是選擇一款機(jī)器視覺系統(tǒng)時(shí)要優(yōu)先考慮的十個(gè)方面：

1. 定位器

　　對(duì)象或特征的精確定位是一個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)或由視覺引導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的重要功能。傳統(tǒng)的物體定位采用的是灰度值相關(guān)來識(shí)別物體。盡管這種技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，但是，它在圖象質(zhì)量變差的情況下，就缺乏穩(wěn)定性。圖象質(zhì)量變差可能是由于凌亂、亮度不同和遮蓋等因素的影響。相反，幾何對(duì)象定位法是一種最新的方法，它使用對(duì)象的輪廓來識(shí)別對(duì)象及其特征。Adept的HexSight 軟件和AdeptVision sAVI 系統(tǒng)兩者都是用非常先進(jìn)的輪廓檢測(cè)技術(shù)來進(jìn)行識(shí)別對(duì)象。一個(gè)可靠的定位器可不需要夾具來定位零件，因此節(jié)約了成本。

圖一: HexSight軟件能輕易地在背景零亂和重疊的圖像中定位特征

2. 光學(xué)裝置與照明

　　眾所周知，適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)裝置和照明對(duì)視覺應(yīng)用的成功至關(guān)重要。有時(shí)，盡管選擇了最合適的光學(xué)裝置和照明，但是，如果被監(jiān)測(cè)的對(duì)象或特征稍微變動(dòng)一下，就要求相應(yīng)改變燈光和照明亮度。例如，晶片的拋光表面的不同，在OCR應(yīng)用中激光蝕刻的標(biāo)志的質(zhì)量的不同。一個(gè)穩(wěn)定性好的定位工具如Adept的幾何對(duì)象定位器能輕松地處理由于光聚集和亮度不同的改變使得圖象質(zhì)量變差這樣的情況。使用適當(dāng)?shù)能浖茏屇阆匾恼{(diào)光操作，無論其圖象質(zhì)量如何改變。

圖二: HexSight能在非線性燈光條件下識(shí)別對(duì)象

3. 完整的工具集對(duì)綁在一起的多個(gè)工具

　　機(jī)器視覺軟件主要以兩種典型的形式出售 —— 一種是完整的視覺工具集，另一種是用于特定任務(wù)的工具的應(yīng)用，如BGA檢測(cè)。最終用戶的應(yīng)用將決定是使用一套完整的視覺工具集還是使用眾多的特定的工具。視覺工具是一般的應(yīng)用或算法，它能對(duì)圖象或圖象某個(gè)部分完成預(yù)定的任務(wù)。例如，一個(gè)斑點(diǎn)檢測(cè)工具可以找出一組暗的或亮的象素，并測(cè)量出這個(gè)斑點(diǎn)的各種尺寸。選擇一款視覺系統(tǒng)的重點(diǎn)在于擁有一套完整的視覺工具集。雖然你在作項(xiàng)目之初不需要所有的工具，但是,幾年之后你的要求就會(huì)改變，對(duì)新的應(yīng)用就可能需要另外的工具。Adept的HexSight軟件是一款全面的機(jī)器視覺庫，它基于當(dāng)今流行的軟件平臺(tái)，如：Visual Basic，Visual C++與ActiveX控件。可選的HexSight的符號(hào)工具與OCR、數(shù)字矩陣和條形碼解碼工具一起提供。AdeptVision sAVI系統(tǒng)與一個(gè)用于視覺和運(yùn)動(dòng)應(yīng)用編程的簡(jiǎn)單圖形接口一起提供。

4. 編程和操作方便

　　簡(jiǎn)潔、直觀的圖形界面是容易使用和設(shè)置的關(guān)鍵。當(dāng)今機(jī)器視覺產(chǎn)品之間的主要區(qū)別在于他們的圖形接口。接口應(yīng)該從“設(shè)置”和“操作”這兩方面來評(píng)價(jià)。對(duì)一個(gè)工程師來講，它應(yīng)該非常復(fù)雜，而對(duì)于一個(gè)操作者來說應(yīng)非常簡(jiǎn)單。例如，一個(gè)視覺系統(tǒng)的校準(zhǔn)應(yīng)該簡(jiǎn)單得只點(diǎn)擊幾次鼠標(biāo)，而不是象在火箭科學(xué)中的練習(xí)。

5. 亞象素精度

　　視覺系統(tǒng)的分辨率是系統(tǒng)能分辨的最小特征。例如，1’’的視覺范圍（FOV）使用一個(gè)640 x 480象素的計(jì)算機(jī)圖象將得到1/640的分辨率或’’。實(shí)際上，機(jī)器視覺算法具有亞象素的能力。也就是說，這些算法能夠測(cè)量或得出比一個(gè)象素更小的單位。Adept的幾何對(duì)象定位工具能精確到一個(gè)象素的1/40。而所有其他視覺系統(tǒng)工具只能精確到一個(gè)象素的1/10到1/20。視覺工具的亞象素精度取決于圖象的質(zhì)量和算法的強(qiáng)大

圖三: HexSight的標(biāo)定工具窗口

6. 將來的升級(jí)

　　機(jī)器視覺系統(tǒng)可應(yīng)用在各種場(chǎng)合，他們的應(yīng)用范圍可從時(shí)髦的攝像機(jī)到監(jiān)視系統(tǒng)。當(dāng)選擇一個(gè)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮系統(tǒng)將來的升級(jí)。幾種供應(yīng)商提供的通用視覺軟件能為最終用戶配置合適的照明、光學(xué)系統(tǒng)和視覺工具。專用軟件包如BGA檢測(cè)、OCR等也可當(dāng)作預(yù)先配置好的軟件出售。基于通用目的的視覺軟件系統(tǒng)更好升級(jí)。最終用戶應(yīng)該根據(jù)附加的攝像機(jī)、照明的變化、視覺工具的變化等來考慮將來對(duì)系統(tǒng)的需求。例如，若一個(gè)需要多攝像頭的系統(tǒng)，就要對(duì)一個(gè)基于圖像捕捉卡的系統(tǒng)與一個(gè)基于時(shí)髦?jǐn)z像機(jī)的系統(tǒng)的價(jià)格和靈活性進(jìn)行對(duì)比。Adept 的HexSight 軟件能夠兼容多種第三方生產(chǎn)的圖像捕捉卡和攝像頭，并包括火線攝像頭。

7. 圖象預(yù)處理

　　檢測(cè)特征點(diǎn)和缺陷是非常的重要，不管亮度和對(duì)象表面或材料不同。圖象預(yù)處理算法能把圖象的特征點(diǎn)放大，以使視覺工具能更好的檢測(cè)它們。同樣，特征點(diǎn)也能被縮小，以至視覺工具可忽略它們。例如HexSight 的形態(tài)操作可用來去掉或填充對(duì)象中的小孔，在稀疏的點(diǎn)處分開對(duì)象或連接相鄰的對(duì)象。與此相似，濾波操作可用于輸入圖象的卷積。可得到如此廣泛的預(yù)處理算法是復(fù)雜的視覺應(yīng)用成功的關(guān)鍵。

8. 視覺引導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)

　　如果你的應(yīng)用需要一個(gè)視覺系統(tǒng)來引導(dǎo)機(jī)器人，那么必須知道視覺系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是如何集成的。對(duì)于校準(zhǔn)和操作，沒集成的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)與視覺系統(tǒng)是初步的系統(tǒng)，機(jī)械人或機(jī)構(gòu)和視覺系統(tǒng)是分開校準(zhǔn)的。在操作中，一臺(tái)獨(dú)立的視覺系統(tǒng)根據(jù)在視覺坐標(biāo)系統(tǒng)中的已知位置計(jì)算出零件位置的偏移量，然后發(fā)指令給機(jī)器人的手臂在離初始化編程的拾取位置的偏移量處拾取零件。相反，一個(gè)集成系統(tǒng)如Adeptvision sAVI控制器，它能在一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)中校準(zhǔn)視覺系統(tǒng)和機(jī)器人。零件定位然后可定義與在機(jī)器人編程的相同的六自由度坐標(biāo)空間。

圖四: 用一臺(tái)Adept 的Cobra 600機(jī)器人實(shí)現(xiàn)視覺引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)