机器视觉是人工智能正在快速发展的一个分支。简单说来,机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是通过机器视觉产品 (即图像摄取装置,分 CMOS和 CCD两种 )将被摄取目标转换成图像信号,传送给专用的图像处理系统,得到被摄目标的形态信息,根据像素分布和亮度、颜色等信息,转变成数字化信号 ;图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征,进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。
机器视觉是一项综合技术,包括图像处理、机械工程技术、控制、电光源照明、光学成像、传感器、模拟与数字视频技术、计算机软硬件技术 (图像增强和分析算法、图像卡、 I/O卡等 )。一个典型的机器视觉应用系统包括图像捕捉、光源系统、图像数字化模块、数字图像处理模块、智能判断决策模块和机械控制执行模块。
机器视觉系统最基本的特点就是提高生产的灵活性和自动化程度。在一些不适于人工作业的危险工作环境或者人工视觉难以满足要求的场合,常用机器视觉来替代人工视觉。同时,在大批量重复性工业生产过程中,用机器视觉检测方法可以大大提高生产的效率和自动化程度。
如今,中国正成为世界机器视觉发展最活跃的地区之一,应用范围涵盖了工业、农业、医药、军事、航天、气象、天文、公安、交通、安全、科研等国民经济的各个行业。其重要原因是中国已经成为全球制造业的加工中心,高要求的零部件加工及其相应的先进生产线,使许多具有国际先进水平的机器视觉系统和应用经验也进入了中国。
经历过长期的蛰伏, 2010年中国机器视觉市场迎来了爆发式增长。数据显示当年,中国机器视觉市场规模达到 8.3亿元,同比增长 48.2%,其中智能相机、软件、光源和板卡的增长幅度都达到了 50%,工业相机和镜头也保持了 40%以上的增幅,皆为 2007年以来的最高水平。
2011年,中国机器视觉市场步入后增长调整期。相较 2010年的高速增长,虽然增长率有所下降,但仍保持很高的水平。 2011年中国机器视觉市场规模为 10.8亿元,同比增长 30.1%,增速同比 2010年下降 18.1个百分点,其中智能相机、工业相机、软件和板卡都保持了不低于 30%的增速,光源也达到了 28.6%的增长幅度,增幅远高于中国整体自动化市场的增长速度。电子制造行业仍然是拉动需求高速增长的主要因素。 2011年机器视觉产品电子制造行业的市场规模为 5.0亿人民币,增长 35.1%。市份额达到了 46.3%。电子制造、汽车、制药和包装机械占据了近 70%的机器视觉市场份额。
机器视觉系统的特点是提高生产的柔性和自动化程度。在一些不视觉系统工作原理简图适合于人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合,常用机器视觉来替代人工视觉 ;同时在大批量工业生产过程中,用人工视觉检查产品质量效率低且精度不高,用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度。而且机器视觉易于实现信息集成,是实现计算机集成制造的基础技术。
一个典型的工业机器视觉系统包括 :光源、镜头 (定焦镜头、变倍镜头、远心镜头、显微镜头 )、相机 (包括 CCD相机和 COMS相机 )、图像处理单元 (或图像捕获卡 )、图像处理软件、监视器、通讯 /输入输出单元等。其他配套外围设备 :光源、显示、 PLC控制系统等等。
应用案例
1.半导体识别系统
机器视觉在半导体行业应用非常广泛,从硅晶棒的切割、分选,晶圆电路的光蚀、检测、切割,绑定、封装、外观检测等几乎穿透整个行业。
配置要求:CCD:CKVISION 30万像素工业相机镜头:4.5倍光学变倍软件:CKVISION处理器:CORE DOU 2.66以上
2.印刷行业
市场对印刷行业的精度问题要求越来越高,用人工来对网板是不可解决对位的问题。利用机器视觉可以容易的处理定位的辣手问题,CKVision能出色地进行定位校正处理。
配置要求:CCD:CKVISION 130万像素工业相机镜头:25mm COMPUTAR软件:CKVISION 5.0处理器:CORE DOU 2.66以上
3.长度检测软件
本软件由深圳市创科自动化控制技术有限公司使用自主研发的 CKVision机器视觉软件包进行二次开发,主要针对各种转头、探针、铣刀等进行长度检测判断其磨损情况,可用于代替人工检测,剔除掉不合格的产品,从而有效提升检测效率和产品的合格率。软件功能1、检测产品是否存在弯曲变形。2、检测产品的长度是否合格。3、检测产品的宽度是否合格。4、自动位置补正功能,可以解决产品放置位置存在左右偏移。5、可以同时检测多个产品(需要双相机,可选功能)。6、软件界面自动适用显示器的分辨率。配置:1、一个长度检测软件。2、一个或两个 130万像素的 USB黑白相机(可选一个或两个)。3、一张 I/O通讯板卡(可选)。应用行业:1、机械加工行业2、产品包装行业
4.双 CCD机器视觉定位软件
本软件由深圳市创科自动化控制技术有限公司使用自主研发的 CKVision机器视觉软件包进行二次开发,主要针对各种玻璃定位、柔性电路板定位、精密印刷定位、精密雕洗定位、精密切割定位等,输出数据可以直接连接到 PLC或其他控制器驱动设备工作。从而有效提升设备的加工精度和速度、降低人工成本。软件功能1、通过 Ckvision的精密模式匹配功能自动寻找目标。2、具有产品自动标定功能。3、自动计算出产品的角度和中心(X、Y)。4、自动位置补正功能,可以解决产品放置位置存在左右偏移。5、每个相机的参数可以独立设置。6、软件界面自动适用显示器的分辨率。配置:1、一个双 CCD定位软件。2、两个 130万像素的 USB黑白相机。3、一张 I/O通讯板卡(可选)。应用行业:1、玻璃切割2、COG、FOG定位3、印刷行业
5.平整度机器视觉检测软件
本软件由深圳市创科自动化控制技术有限公司使用自主研发的 CKVision机器视觉软件包进行二次开发,主要针对各种连接器、IC引脚的平整度和间距进行测量,可用于代替人工检测,剔除掉不合格的产品,从而有效提升检测效率和产品的合格率。软件功能1、检测各个引脚是否在同一水平线上。2、检测各个引脚之间的间距是否合格。3、检测引脚的数量没有限制,引脚之间的间距和高度可以不一致。4、自动位置补正功能,可以解决产品放置位置存在左右偏移。5、可以检测有两排引脚的产品(需要双相机,可选功能)。6、软件界面自动适用显示器的分辨率。配置:1、一个平整度检测软件。2、一个或两个 130万像素的 USB黑白相机(可选一个或两个)。3、一张 I/O通讯板卡(可选)。应用行业:1、产品包装行业2、电子接插头3、IC脚
6.缺陷检测机器视觉软件
本软件由深圳市创科自动化控制技术有限公司使用自主研发的 CKVision机器视觉软件包进行二次开发,主要针对玻璃、电子元器件、印刷产品、PCB板、键盘、显示屏等。
软件功能1、采用图像匹配+尺寸测量功能。2、给出每个缺陷的大小和坐标位置3、可以对不同的产品进行检测。4、采用 I/O输出和屏幕文字输出检测的结果。5、可以最多支持 20个相机同时检测。6、软件界面自动适用显示器的分辨率。
配置一个 CkVision授权的缺陷检测软件一个或多个 CCD、镜头、光源应用行业
玻璃行业、电子行业、印刷行业、PCB行业、显示产品、键盘、照明等
前景展望
由于机器视觉系统可以快速获取大量信息,而且易于自动处理,也易于同设计信息以及加工控制信息集成,因此,在现代自动化生产过程中,人们将机器视觉系统广泛地用于工况监视、成品检验和质量控制等领域。
但是机器视觉技术比较复杂,最大的困难在于人的视觉机制尚不清楚。人可以用内省法描述对某一问题的解题过程,从而用计算机加以模拟。但尽管每一个正常人都是 "视觉专家 ",却不可能用内省法来描述自己的视觉过程。因此建立机器视觉系统是十分困难的任务。
可以预计的是,随着机器视觉技术自身的成熟和发展,它将在现代和未来制造企业中得到越来越广泛的应用。