視覺傳感器的工作原理、應(yīng)用和選型
發(fā)布時(shí)間:2019-12-24 責(zé)任編輯:xueqi
【導(dǎo)讀】視覺傳感技術(shù)是傳感技術(shù)七大類中的一個(gè),視覺傳感器是指通過對(duì)攝像機(jī)拍攝到的圖像進(jìn)行圖像處理,來計(jì)算對(duì)象物的特征量(面積、重心、長度、位置等),并輸出數(shù)據(jù)和判斷結(jié)果的傳感器。下面將為大家介紹視覺傳感器的工作原理、應(yīng)用和選型。
視覺傳感器是整個(gè)機(jī)器視覺系統(tǒng)信息的直接來源,主要由一個(gè)或者兩個(gè)圖形傳感器組成,有時(shí)還要配以光投射器及其他輔助設(shè)備。視覺傳感器的主要功能是獲取足夠的機(jī)器視覺系統(tǒng)要處理的最原始圖像。
視覺傳感的工作原理
視覺源于生物界獲取外部環(huán)境信息的一種方式,是自然界生物獲取信息的最有效手段,是生物智能的核心組成之一。人類80%的信息都是依靠視覺獲取的,基于這一啟發(fā)研究人員開始為機(jī)械安裝“眼睛”使得機(jī)器跟人類一樣通過“看”獲取外界信息,由此誕生了一門新興學(xué)科——計(jì)算機(jī)視覺,人們通過對(duì)生物視覺系統(tǒng)的研究從而模仿制作機(jī)器視覺系統(tǒng),盡管與人類視覺系統(tǒng)相差很大,但是這對(duì)傳感器技術(shù)而言是突破性的進(jìn)步。視覺傳感器技術(shù)的實(shí)質(zhì)就是圖像處理技術(shù),通過截取物體表面的信號(hào)繪制成圖像從而呈現(xiàn)在研究人員的面前。
視覺傳感器具有從一整幅圖像捕獲光線的數(shù)以千計(jì)的像素。圖像的清晰和細(xì)膩程度通常用分辨率來衡量,以像素?cái)?shù)量表示。在捕獲圖像之后,視覺傳感器將其與內(nèi)存中存儲(chǔ)的基準(zhǔn)圖像進(jìn)行比較,以做出分析。例如,若視覺傳感器被設(shè)定為辨別正確地插有八顆螺栓的機(jī)器部件,則傳感器知道應(yīng)該拒收只有七顆螺栓的部件,或者螺栓未對(duì)準(zhǔn)的部件。此外,無論該機(jī)器部件位于視場中的哪個(gè)位置,無論該部件是否在 360 度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn),視覺傳感器都能做出判斷視覺傳感技術(shù)的出現(xiàn)解決了其他傳感器因場地大小限制或檢測設(shè)備龐大而無法操作的問題,由此廣受工業(yè)制造界的歡迎。
視覺傳感技術(shù)包括3D視覺傳感技術(shù),3D視覺傳感器具有廣泛的用途,比如多媒體手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像、數(shù)碼相機(jī)、機(jī)器人視覺導(dǎo)航、汽車安全系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)像素分析、人機(jī)界面、虛擬現(xiàn)實(shí)、監(jiān)控、工業(yè)檢測、無線遠(yuǎn)距離傳感、顯微鏡技術(shù)、天文觀察、海洋自主導(dǎo)航、科學(xué)儀器等等。這些不同的應(yīng)用均是基于3D視覺圖像傳感器技術(shù)。特別是3D影像技術(shù)在工業(yè)控制、汽車自主導(dǎo)航中具有急迫的應(yīng)用。
智能視覺傳感技術(shù)也是一種視覺傳感技術(shù),智能視覺傳感技術(shù)下的智能視覺傳感器也稱智能相機(jī),是近年來機(jī)器視覺領(lǐng)域發(fā)展最快的一項(xiàng)新技術(shù)。智能相機(jī)是一個(gè)兼具圖像采集、圖像處理和信息傳遞功能的小型機(jī)器視覺系統(tǒng),是一種嵌入式計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)。它將圖像傳感器、數(shù)字處理器、通訊模塊和其他外設(shè)集成到一個(gè)單一的相機(jī)內(nèi),由于這種一體化的設(shè)計(jì),可降低系統(tǒng)的復(fù)雜度,并提高可靠性。同時(shí)系統(tǒng)尺寸大大縮小,拓寬了視覺技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。
智能視覺傳感器的易學(xué)、易用、易維護(hù)、安裝方便,可在短期內(nèi)構(gòu)建起可靠而有效的視覺檢測系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)使得這項(xiàng)技術(shù)得到飛速的發(fā)展。視覺傳感器的圖像采集單元主要由CCD/CMOS像機(jī)、光學(xué)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和圖像采集卡組成,將光學(xué)影像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像,傳遞給圖像處理單元。
視覺傳感技術(shù)的應(yīng)用
一、汽車車身視覺檢測系統(tǒng)
車身成型是汽車制造的關(guān)鍵工序之一,對(duì)車身的各項(xiàng)指標(biāo)要求嚴(yán)格,需對(duì)車身進(jìn)行100%的檢測。傳統(tǒng)的車身檢測方法是利用三坐標(biāo)測量機(jī),其操作復(fù)雜,速度慢,工期長,只能進(jìn)行抽檢。通常,車身的關(guān)鍵尺寸主要是擋風(fēng)玻璃尺寸、車門安裝處棱邊位置、定位孔位置等。因此視覺傳感器分布于這些位置附近,測量其相應(yīng)的棱邊、孔、表面的空間位置尺寸。在生產(chǎn)線上設(shè)計(jì)測量工位,車身定位后,置于一框架內(nèi),框架由縱橫分布的金屬柱、桿構(gòu)成,可根據(jù)需要在框架上靈活安裝視覺傳感器。根據(jù)測量點(diǎn)的數(shù)量可安裝相應(yīng)數(shù)量的視覺傳感器,(通常情況下每個(gè)視覺傳感器測量一個(gè)被測點(diǎn)),根據(jù)不同形式的傳感器包括雙目立體視覺傳感器、輪廓傳感器等多種類型。
測量系統(tǒng)工作過程為:由生產(chǎn)線運(yùn)送車身到測量工位進(jìn)行準(zhǔn)確定位,然后傳感器按要求順序開始工作,計(jì)算機(jī)采集檢測點(diǎn)圖像并進(jìn)行處理,計(jì)算出被測點(diǎn)的空間三維坐標(biāo),計(jì)算值與標(biāo)準(zhǔn)值比對(duì),得出檢測結(jié)果,并將車身送出測量工位。
二、截面尺寸在線視覺測量系統(tǒng)
在工業(yè)生產(chǎn)中,無縫鋼管是一類重要的工業(yè)產(chǎn)品,而它的質(zhì)量參數(shù)則是制造的重要數(shù)據(jù),其中鋼管的直線度及截面積是主要的幾何參數(shù),是控制無縫鋼管制造質(zhì)量的關(guān)鍵,但由于以下原因使得參數(shù)的測量成為難題:
1、無縫鋼管采取非接觸式測量,且制造現(xiàn)場環(huán)境惡劣;
2、無縫鋼管的空間尺寸大,這也要求檢測系統(tǒng)具備很大的測量空間。視覺傳感技術(shù)的出現(xiàn)解決了上述問題,視覺傳感技術(shù)采用的是非接觸式測量且測量范圍大。
測量系統(tǒng)由多個(gè)結(jié)構(gòu)光傳感器組成,傳感器上結(jié)構(gòu)光投射器投射的光平面和被測鋼管相交,得到鋼管截面圓周上的部分圓弧,傳感器測量部分圓弧在空間中的位置。系統(tǒng)中每一個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)一個(gè)截面上部分圓弧的測量,通過適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法,由圓弧擬合得到截面尺寸和截面圓心的空間位置,由截面圓心分布的空間包絡(luò),得到直線度參數(shù)。測量系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)的控制下,可在數(shù)秒內(nèi)完成測量,滿足實(shí)時(shí)性要求。
三、三維形貌視覺測量
在三維形貌數(shù)字化測量技術(shù)是逆向工程和產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)、管理及制造的基礎(chǔ)支撐技術(shù)。它所實(shí)現(xiàn)三維形貌數(shù)字化測量的機(jī)理是將視覺非接觸、快速測量和最新的高分辨力數(shù)字成像技術(shù)相結(jié)合。由于所測量的物體多是大型、具有復(fù)雜表面的物體,測量通常分為局部三維信息獲取和整體拼接兩部分,先利用視覺掃描傳感器對(duì)被測形貌各個(gè)局部區(qū)域進(jìn)行測量,再采用拼接技術(shù)將各部分形貌進(jìn)行拼接最終得到完整圖像。
這項(xiàng)傳感器的視覺掃描測頭采用局域雙目立體視覺測量原理設(shè)計(jì)。形貌整體拼接實(shí)質(zhì)上是將所采集到的數(shù)據(jù)放到公共坐標(biāo)上,這樣就能得到整體的數(shù)據(jù)描述。通過高分辨率數(shù)碼相機(jī)從測量空間的上方以不同的角度和位置對(duì)被測量進(jìn)行數(shù)據(jù)收集,運(yùn)用光束定向交匯平差原理得到控制點(diǎn)空間坐標(biāo)并建立全局坐標(biāo)系,最后通過各個(gè)坐標(biāo)系進(jìn)行關(guān)聯(lián)、轉(zhuǎn)換,完成數(shù)據(jù)拼接。
如何選擇視覺傳感器?
目前,如何選擇機(jī)器視覺傳感器在當(dāng)代的應(yīng)用可謂是越來越廣泛,如何選擇機(jī)器視覺傳感器是值得我們好好學(xué)習(xí)的,現(xiàn)在我們就深入了解如何選擇機(jī)器視覺傳感器。相機(jī)是機(jī)器視覺系統(tǒng)的眼睛,而相機(jī)的心臟是圖像傳感器。傳感器的選擇取決于準(zhǔn)確性、輸出、靈敏度、機(jī)器視覺系統(tǒng)的成本以及對(duì)應(yīng)用要求的充分理解。對(duì)傳感器主要性能的基本理解能夠幫助開發(fā)人員迅速縮小他們的查找范圍,找到合適的傳感器。
大多數(shù)的機(jī)器視覺系統(tǒng)的用戶認(rèn)識(shí)到相機(jī)是系統(tǒng)的關(guān)鍵要素,經(jīng)常把它當(dāng)作視覺系統(tǒng)的“芯片”。相機(jī)本身是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng):包括鏡頭、信號(hào)處理器、通訊接口,以及最核心的部分——把光子轉(zhuǎn)換成電子的器件:圖像傳感器。鏡頭和其它的部件共同配合來支持相機(jī)的功能,傳感器最終決定相機(jī)的最高性能。
業(yè)內(nèi)的許多討論都集中在加工技術(shù)上,以及CMOS和CCD傳感器孰優(yōu)孰劣。這兩種技術(shù)都有其優(yōu)勢和不足之處,所加工的傳感器有著不同的性能。最終用戶關(guān)心的不是傳感器是“如何”被制造出來的,而是其在最終應(yīng)用中的表現(xiàn)。
在指定的應(yīng)用中,三個(gè)關(guān)鍵的要素決定了傳感器的選擇:動(dòng)態(tài)范圍、速度和響應(yīng)度。動(dòng)態(tài)范圍決定系統(tǒng)能夠抓取的圖像的質(zhì)量,也被稱作對(duì)細(xì)節(jié)的體現(xiàn)能力。傳感器的速度指的是每秒鐘傳感器能夠產(chǎn)生多少張圖像和系統(tǒng)能夠接收到的圖像的輸出量。響應(yīng)度指的是傳感器將光子轉(zhuǎn)換為電子的效率,它決定系統(tǒng)需要抓取有用的圖像的亮度水平。傳感器的技術(shù)和設(shè)計(jì)共同決定上述特征,因此系統(tǒng)開發(fā)人員在選擇傳感器時(shí)必須有自己的衡量標(biāo)準(zhǔn),詳細(xì)的研究這些特征,將有助于做出正確的判斷。
特別推薦
- 授權(quán)代理商貿(mào)澤電子供應(yīng)Same Sky多樣化電子元器件
- 使用合適的窗口電壓監(jiān)控器優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
- ADI電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制解決方案 驅(qū)動(dòng)智能運(yùn)動(dòng)新時(shí)代
- 倍福推出采用 TwinSAFE SC 技術(shù)的 EtherCAT 端子模塊 EL3453-0090
- TDK推出新的X系列環(huán)保型SMD壓敏電阻
- Vishay 推出新款采用0102、0204和 0207封裝的精密薄膜MELF電阻
- Microchip推出新款交鑰匙電容式觸摸控制器產(chǎn)品 MTCH2120
技術(shù)文章更多>>
- 精準(zhǔn)監(jiān)測電離分?jǐn)?shù)與沉積通量,助力PVD/IPVD工藝與涂層質(zhì)量雙重提升
- ADC 總諧波失真
- 貿(mào)澤電子持續(xù)擴(kuò)充工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品陣容
- 更高精度、更低噪音 GMCC美芝電子膨脹閥以創(chuàng)新?lián)屨夹袠I(yè)“制高點(diǎn)”
- 本立租完成近億元估值Pre-A輪融資,打造AI賦能的租賃服務(wù)平臺(tái)
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
電工電路
電機(jī)控制
電解電容
電纜連接器
電力電子
電力繼電器
電力線通信
電流保險(xiǎn)絲
電流表
電流傳感器
電流互感器
電路保護(hù)
電路圖
電路圖符號(hào)
電路圖知識(shí)
電腦OA
電腦電源
電腦自動(dòng)斷電
電能表接線
電容觸控屏
電容器
電容器單位
電容器公式
電聲器件
電位器
電位器接法
電壓表
電壓傳感器
電壓互感器
電源變壓器