缺陷系統(tǒng)設(shè)計要點

大多數(shù)基于PC的視覺系統(tǒng)都可以執(zhí)行檢測任務(wù)，在設(shè)計構(gòu)缺陷檢測系統(tǒng)時，首先需要確定要完成什么樣的檢測任務(wù)以及該任務(wù)對性能的具體要求。例如在電子產(chǎn)品制造中大多數(shù)視覺系統(tǒng)用于發(fā)現(xiàn)有缺陷零部件，那么攝像頭加上視覺系統(tǒng)能看到缺陷嗎？回答這個問題常常需要先建立一個不良品和良品測試數(shù)據(jù)庫，然后在這個基礎(chǔ)上構(gòu)建一個使用該圖像數(shù)據(jù)庫作為樣本的樣機系統(tǒng)，這種方法的優(yōu)點是對樣機只需很少改動就能得到正確的軟件設(shè)置。

照明系統(tǒng)的選用

在視覺檢測應(yīng)用中照明非常關(guān)鍵，因為它能保證圖像采集是在一致條件下進行的。應(yīng)使用正確的照明，使被測部件與周圍背景形成鮮明的對比，并得到盡可能多的灰度等級，這樣視覺效果就會明顯表現(xiàn)出來。對于高速運動的部件，還可以用閃光光源使圖像瞬時固定。

外界自然光的影響

照明的另外一個目的是減小反射。有時反射來自周圍自然光線，會隨時間而變化，因此同樣的場合白天和夜晚相比光線變化要大得多，這就需要配置照明或使用光罩，以遮擋周圍的光線。

硬件考慮因素

選擇視覺系統(tǒng)首先要選擇正確的攝像頭和鏡頭。構(gòu)建圖像的基本單元稱為像素，一幅普通圖像實際上是成千上萬像素填滿的圖框。具體應(yīng)用要求不僅包括每幅圖像所需像素數(shù)，還要包括攝像頭鏡頭類型。

相機顏色的影響

另外一個要決定是用彩色還是單色。雖然彩色攝像頭能夠產(chǎn)生更吸引人的圖像，但彩色并不能增加多少有價值的信息，而且一般情況下需要用更多的時間來進行處理(單色圖像通常是8位/像素，而彩色圖像需要32位/像素)，這一點在測量邊緣距離應(yīng)用中特別突出。然而有時候色彩是唯一辨別因素，這時彩色就變得很重要，例如在檢測熔斷絲、電容或電阻時可能需要搜索某種特定的色彩。對于高分辨率彩色應(yīng)用場合，可以考慮使用三片式或RGB攝像頭。

在選擇基于PC的視覺系統(tǒng)時，還需要圖像采集硬件，這時要考慮的特性包括驅(qū)動軟件，以及硬件能否很好與運動控制和數(shù)據(jù)采集集成在一起。例如可以用運動控制監(jiān)測部件傳送帶的速度，使得圖像采集與整個流程同步；還可以將機器振動、壓力監(jiān)控和溫度控制包括在生產(chǎn)系統(tǒng)中，以便預(yù)先制訂維護計劃。用戶能夠很容易將傳送帶控制與圖像采集硬件集成在一起，從而在數(shù)據(jù)采集硬件、軟件和運動控制之間實現(xiàn)同步，得到一個完整的解決方案。

邊緣檢測

邊緣檢測的一個用途是通過測量兩個邊緣的間距來判定部件缺陷，這類測量很容易用PC實現(xiàn)自動化，測量計算越來越快，這對那些對時間要求很苛刻的人來講是一個重要的考慮因素。也可以用邊緣檢測來檢測部件上某個特定部分，它對部件上的邊緣數(shù)進行計數(shù)，然后將這個數(shù)與預(yù)置數(shù)據(jù)相比較，依此完成搜索。如果值匹配，說明部件上找到這一部分，如果值不匹配，就認為部件有缺陷。

關(guān)于邊緣的定義是指圖像中相鄰像素灰度值出現(xiàn)明顯變化的區(qū)域。邊緣檢測沿搜索區(qū)域?qū)σ粋€一維曲線像素值進行搜索，一維搜索區(qū)域可以是直線、圓弧、橢圓弧、矩形或多邊形的邊界，或者手繪區(qū)域的邊線，軟件對沿線像素值進行分析，檢測是否有明顯的強度變化。

用戶可以指定強度變化的臨界值，以判定什么樣的變化構(gòu)成邊緣，這些參數(shù)包括：邊緣強度，用來定義背景和邊緣之間灰度值最小差；邊緣長度，指邊緣和背景之間產(chǎn)生所需灰度差必需最大距離；邊緣極性，判斷邊緣是往上升的邊還是往下降的邊；邊緣位置，用來確定圖像中邊緣的X，Y坐標。通過改變這些值，用戶可以用編程方法定義各種臨界值，以發(fā)現(xiàn)不同成像環(huán)境下的各個邊緣。

產(chǎn)品缺陷圖形匹配識別

所謂圖形匹配，就是先有一個己知圖案(模板)，然后判定這種圖案在被檢部件上是否存在，或是將其當(dāng)作基準作為進行其它測量的起點。傳統(tǒng)圖形匹配技術(shù)包括標準互相關(guān)、錐形匹配和比例常數(shù)匹配。

標準互相關(guān)是在圖像中尋找圖案最常用的方法。由于其內(nèi)部原理是基于系列乘法操作，所以相關(guān)運算過程很費時間，但使用像MMX之類的新技術(shù)能夠進行并行乘法，可減少總計算時間。用戶可通過縮小圖像尺寸或限制圖像匹配區(qū)域加速匹配過程。不過基本標準互相關(guān)技術(shù)還是不能滿足許多應(yīng)用對速度的要求。

也可以通過縮小圖像和模板圖案的尺寸減少計算時間，錐形匹配就是這樣一種技術(shù)。在這種方法里，對圖像和模板兩者都進行部分采樣,使其空間分辨率變小，甚至可以將圖像和模板尺寸減至它們原始尺寸的四分之一。這樣首先在縮小的圖像中進行匹配運算，因為圖像小了，匹配更加快速，處理完成后，只有原始圖像具有很高匹配度才考慮繼續(xù)進行余下匹配處理。

當(dāng)圖像沒有縮放和旋轉(zhuǎn)時，標準互相關(guān)是探查圖形一個很好的方法，互相關(guān)一般能檢測同一尺寸圖形旋轉(zhuǎn)5至10度后的圖像。但將相關(guān)計算范圍進行延伸以檢測那些比例變化和旋轉(zhuǎn)較大的圖形則比較困難，對于按比例變化的圖形，用戶必須重復(fù)縮放或調(diào)整模板尺寸，然后進行相關(guān)運算，這給匹配過程增加很大工作量；而對于旋轉(zhuǎn)的處理更加困難，如果能夠從圖像中找到有關(guān)旋轉(zhuǎn)的線索，則可以簡單地旋轉(zhuǎn)模板并進行相關(guān)運算，但如果旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)不知道，尋找最佳匹配需要對模板進行盡可能多的旋轉(zhuǎn)處理。