機(jī)器視覺(jué)空瓶檢測(cè)案例設(shè)計(jì)
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2.4 圖像采集卡
圖像采集卡是視頻信號(hào)從相機(jī)到電腦之間傳輸?shù)臉蛄?。目前大多?shù)相機(jī)還是模擬信號(hào)輸出，圖像采集卡則將各種模擬視頻信號(hào)經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī)，供計(jì)算機(jī)作處理、存儲(chǔ)、傳輸?shù)戎?。選擇圖像采集卡要考慮以下幾個(gè)方面：
（1） 視頻輸入的格式和數(shù)據(jù)傳輸率：大多數(shù)攝像機(jī)使用rs422或者eia644作為輸出信號(hào)格式，這樣圖像采集卡就需要支持系統(tǒng)使用的攝像機(jī)所采用的輸出信號(hào)格式。從靈活性來(lái)說(shuō)，如果兩種格式都支持就更好。當(dāng)攝像機(jī)以較高的速度拍攝高分辨率圖像后， 會(huì)產(chǎn)生很高的輸出速率， 這時(shí)攝像機(jī)一般使用多路信號(hào)同時(shí)輸出，而圖像采集卡必須能夠支持多路輸入及攝像機(jī)的輸出速率。
（2） 數(shù)據(jù)的吞吐量：當(dāng)圖像采集卡的信號(hào)輸入速率較高時(shí)，需要考慮圖像采集卡與圖像處理系統(tǒng)之間的帶寬問(wèn)題。在使用pc時(shí)，圖像采集卡使用pci接口。pci接口的理論峰值帶寬為132mb/s。但在實(shí)際使用中， 多數(shù)計(jì)算機(jī)上pci接口的平均數(shù)據(jù)傳輸率為50～90mb/s，有可能在瞬間高傳輸率時(shí)不能滿足傳輸?shù)男枰?。為了避免與其他pci設(shè)備產(chǎn)生沖突時(shí)丟失數(shù)據(jù)，圖像采集卡上應(yīng)有數(shù)據(jù)緩存。在一般情況下， 有2mb的板載存儲(chǔ)器可以滿足大部分的任務(wù)要求。
（3） 數(shù)字i/o控制：在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中，輸入/輸出的控制很重要。系統(tǒng)中常要根據(jù)處理過(guò)程的需要來(lái)決定攝像機(jī)的拍攝時(shí)間。如果采用了可重設(shè)的攝像機(jī)，需要產(chǎn)生重設(shè)信號(hào)。在一些系統(tǒng)中，由于需要設(shè)定拍攝的幀率，應(yīng)該有像素時(shí)鐘發(fā)生器。外同步是指不同的視頻設(shè)備之間用同一同步信號(hào)來(lái)保證視頻信號(hào)的同步，它可以保證不同設(shè)備輸出的視頻信號(hào)具有相同的幀行起止時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)外同步，需要給攝像機(jī)輸入一個(gè)復(fù)合同步信號(hào)或復(fù)合視頻信號(hào)。如果圖像采集卡已經(jīng)具有數(shù)字i/o功能，能夠產(chǎn)生攝像機(jī)和其他電子設(shè)備所需的選通、觸發(fā)及其他電子信號(hào)，對(duì)系統(tǒng)是很有用的， 否則將需要獨(dú)立的數(shù)字i/o 卡。
2.5 pc平臺(tái)
本系統(tǒng)中pc平臺(tái)用于接受圖像采集卡輸出的圖像，然后由圖像處理軟件進(jìn)行預(yù)處理、分析和識(shí)別，判斷空瓶質(zhì)量的好壞，最后將判斷結(jié)果發(fā)送給plc。由于圖像采集卡和圖像處理軟件的運(yùn)行都消耗很大的系統(tǒng)資源，因此應(yīng)當(dāng)選用高性能的工控機(jī)作為pc平臺(tái)，保證系統(tǒng)快速穩(wěn)定的運(yùn)行。
2.6 控制單元
本系統(tǒng)選用plc作為底層控制器，它通過(guò)i/o口與光電傳感器，編碼器，擊出器，圖像采集子系統(tǒng)等相連，通過(guò)圖像采集子系統(tǒng)控制ccd攝像機(jī)的拍攝以及直接控制擊出器的動(dòng)作。同時(shí)plc通過(guò)485總線與工控機(jī)連接，接收工控機(jī)傳來(lái)的控制信息和系統(tǒng)參數(shù)等。
在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，plc負(fù)責(zé)及時(shí)地通知圖像采集子系統(tǒng)啟動(dòng)ccd攝像機(jī)，抓拍處于拍攝位置的空瓶。為了達(dá)到這一目的，需要使用光電傳感器來(lái)檢測(cè)空瓶的位置。在系統(tǒng)中使用了反射式光電傳感器，這種光電傳感器在沒(méi)有接收到從反光板反射回來(lái)的光束時(shí)，就會(huì)輸出觸發(fā)信號(hào)。將光電傳感器安裝到ccd攝像機(jī)拍攝位置旁，把輸出接到plc的i/o輸入口上。當(dāng)沒(méi)有空瓶經(jīng)過(guò)時(shí)，光電傳感器可以接收到反射光束，沒(méi)有輸出信號(hào)，而當(dāng)有空瓶經(jīng)過(guò)時(shí)，光電傳感器無(wú)法接收到返回的光束，于是輸出觸發(fā)信號(hào)。plc從輸入口接收到此信號(hào)后，即可判定空瓶已到達(dá)拍攝位置，從i/o輸出口輸出啟動(dòng)信號(hào)給圖像采集系統(tǒng)，啟動(dòng)ccd攝像機(jī)，攝像機(jī)及時(shí)進(jìn)行拍攝，獲取被檢空瓶的圖像。
在專門的信息處理模塊對(duì)獲取的圖像信息進(jìn)行分析處理后，將得出空瓶質(zhì)量是否合格的結(jié)論。如果不合格，主控的工控機(jī)就會(huì)通過(guò)485總線發(fā)出控制命令，要求plc控制擊出器擊出該空瓶。plc在接到擊出命令后，需要標(biāo)定不合格空瓶，并追蹤其位置，當(dāng)不合格空瓶到達(dá)擊出器所在位置時(shí)控制擊器動(dòng)作，擊出不合格空瓶。為了確定需擊出空瓶位置，在系統(tǒng)中使用一個(gè)編碼器與驅(qū)動(dòng)傳送帶的電機(jī)相連，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，編碼器相應(yīng)發(fā)出脈沖。計(jì)算脈沖的數(shù)目，即可知道傳送帶運(yùn)動(dòng)的距離。這樣一來(lái)，如果能測(cè)出不合格空瓶要運(yùn)動(dòng)多長(zhǎng)距離才到達(dá)擊出位置就能將其準(zhǔn)確擊出。可以在事先把編碼器的脈沖輸出與plc的i/o輸入口相連，然后在傳送帶上放一空瓶，讓其依次經(jīng)過(guò)檢測(cè)位置和擊出位置，plc使用計(jì)數(shù)器記下此過(guò)程中脈沖的數(shù)目，這一數(shù)值即對(duì)應(yīng)著檢測(cè)位置和擊出位置之間的距離。
3 視覺(jué)處理軟件
視覺(jué)處理軟件是基于pc的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的重要組成部分，主要通過(guò)對(duì)圖像的分析、處理和識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定目標(biāo)特征的處理。視覺(jué)處理軟件的編寫(xiě)非常復(fù)雜，如果從底層開(kāi)始編寫(xiě)，往往需要很長(zhǎng)的開(kāi)發(fā)周期，而且自己編寫(xiě)的軟件在運(yùn)行速度、穩(wěn)定性等方面也很難達(dá)到要求。為了滿足系統(tǒng)集成商和終端用戶的需求，圖像采集卡的生產(chǎn)廠家都為自己的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的圖像處理軟件包。這樣，我們就可以將工作重心放在軟件應(yīng)用層面的開(kāi)發(fā)上，使用這些軟件包進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，節(jié)約了開(kāi)發(fā)成本。因此，在對(duì)整個(gè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)選型時(shí)，應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)完成的功能和圖像采集卡廠家提供的軟件包的功能來(lái)對(duì)圖像采集卡進(jìn)行選型。圖像采集卡廠家提供的軟件包應(yīng)具備以下的功能：
邊緣尋找功能：邊緣尋找是圖像處理中最為基本也是最為常用的工具。通過(guò)邊緣尋找，將所拍圖像中的目標(biāo)與背景區(qū)分開(kāi)，減少處理象素?cái)?shù)，提高軟件處理速度。
目標(biāo)定位功能：當(dāng)被測(cè)空瓶在生產(chǎn)線上高速順序地通過(guò)相機(jī)的拍攝區(qū)域時(shí)，由于生產(chǎn)線的不穩(wěn)定和拍攝時(shí)間的誤差，各個(gè)空瓶會(huì)出現(xiàn)在拍攝圖像的不同區(qū)域。通過(guò)目標(biāo)定位功能，使處理軟件中的感興趣區(qū)域（roi）隨著工件在圖像中位置的變化而變化，始終定位在工件的關(guān)鍵部位。
圖像預(yù)處理功能：包括二值化、邊緣銳化、反差調(diào)節(jié)等等，通過(guò)適當(dāng)?shù)念A(yù)處理算法，可以突出目標(biāo)圖像、提高圖像分析速度和簡(jiǎn)化分析過(guò)程，是必不可少的功能。
字符讀取功能（ocr）：對(duì)于主要應(yīng)用于各種字符讀取的視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，此功能尤為重要。
接口功能：軟件包應(yīng)該能夠方便的和其他軟件或控件接口，一起運(yùn)行。
4 結(jié)束語(yǔ)
基于pc的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)具有高速度、高精度、高度自動(dòng)化的特點(diǎn)，集成了當(dāng)今先進(jìn)的傳感器、計(jì)算機(jī)、數(shù)字圖像處理和機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造、電子半導(dǎo)體、包裝、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥和啤酒生產(chǎn)等領(lǐng)域，可以大幅度提高了現(xiàn)有生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平，保障產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。但是我國(guó)機(jī)器視覺(jué)的研究起步比較晚，目前市場(chǎng)上的該類設(shè)備仍然主要依靠進(jìn)口。隨著社會(huì)生產(chǎn)力水平的不斷提高和工廠自動(dòng)化程度的提高，此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用前景非常廣闊，只有在理論和實(shí)際技術(shù)上進(jìn)行深入的研究和探索，才能縮小和國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的差距，占領(lǐng)國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)。
評(píng)論