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技術(shù)支持
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惡劣環(huán)境下的機器視覺
光虎光電科技（天津）有限公司是以德國設(shè)計雙遠心鏡頭,遠心鏡頭,高遠心度鏡頭,工業(yè)相機,面陣相機,線陣相機,紫外相機等光電技術(shù)產(chǎn)品設(shè)備的研發(fā),生產(chǎn),銷售為主的科技型企業(yè).
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工業(yè)相機的Pixel Binn...
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光的干涉在雙遠心鏡頭...
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圖像多幀融合技術(shù)及應...
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機器視覺在橡膠領(lǐng)域的...
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機器視覺相關(guān)工業(yè)通信...
工業(yè)通信協(xié)議定義為“數(shù)字消息格式和規(guī)則的正式描述”。這些協(xié)議集成在硬件系統(tǒng)和軟件程序中。通信協(xié)議的核心功能是在不同的系統(tǒng)、設(shè)備或軟件程序之間發(fā)送和接收消息，用于模擬和數(shù)字通信。簡而言之，工業(yè)通信驅(qū)動程序和協(xié)議構(gòu)成了工業(yè)自動化的基礎(chǔ)。機器視覺亦離不開工業(yè)通信手段。 自動化中的通信協(xié)議是什么？ 許多類型的通信協(xié)議用于不同的目的。它們可用于傳輸信號、同步設(shè)備、檢測錯誤以及執(zhí)行更多操作。行業(yè)使用多種類型的通信協(xié)議，因為每種協(xié)議都是為特定目的和應用而設(shè)計的。例如，以太網(wǎng)/IP 協(xié)議是一種具有高功能的重型通信協(xié)議，可用于各種應用。另一方面，Modbus 協(xié)議是提供通用讀/寫訪問的輕量級通信協(xié)議。因此，任何自動化系統(tǒng)中使用的通信協(xié)議類型取決于OEM以及最終用戶的需要和要求。獨立軟件供應商可以選擇具有高安全特性的協(xié)議。 想要充分利用先進技術(shù)并將流程數(shù)字化的行業(yè)需要無縫連接和互操作性。為了確保流程和端到端通信的順利自動化，OEM和行業(yè)必須分別在其產(chǎn)品和解決方案中選擇正確的通信協(xié)議。這些協(xié)議創(chuàng)建了一個跨越四個主要層的連接網(wǎng)絡，其中包括現(xiàn)場層、控制層、監(jiān)督層以及執(zhí)行和規(guī)劃層。 各種通信協(xié)議 機器視覺與自動化系統(tǒng)中使用不同類型的工業(yè)通信協(xié)議，因為每種協(xié)議用于不同的業(yè)務和技術(shù)目的。OEM可以選擇特定的協(xié)議，因為他們的供應商會根據(jù)他們的要求為他們提供高性能的現(xiàn)成解決方案。另一方面，最終用戶可能決定使用特定協(xié)議，因為它的地理可用性或其對行業(yè)要求的關(guān)注。獨立軟件開發(fā)商或原始設(shè)備制造商選擇特定類型的通信協(xié)議有多種原因。 各種類型的工業(yè)通信協(xié)議：Ethernet/IP BACnet Modbus RTU Modbus TCP DeviceNet OPC UA ProfiNet ProfiBus IO-Link EtherCAT CC-Link CAN Open IEC 61131-3 ASI-Interface LonWorks 通信協(xié)議可以是有線的或無線的。USB、SPI、12C 和以太網(wǎng)是一些用于有線協(xié)議的物理介質(zhì)。Wi-Fi、LoRa、LTE 和 BLE 是一些無線協(xié)議媒介。 常用的工業(yè)機器視覺與自動化協(xié)議 1. Ethernet/IP EtherNet/IP是一種開放式應用協(xié)議，可通過互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)從工廠車間擴展到企業(yè)網(wǎng)絡。作為 CIP 應用協(xié)議（通用工業(yè)協(xié)議）的重要組成部分，它被廣泛接受為各種自動化應用提供通信能力，包括監(jiān)控、監(jiān)控、運動與同步、信息和網(wǎng)絡管理。 EtherNet/IP 協(xié)議將兩種消息傳入和傳出系統(tǒng)，并為工廠車間的操作員界面提供連接。它們是顯式消息（需要基礎(chǔ)和異步信息）和I/O 消息（連續(xù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)消息）。此消息傳輸使用面向?qū)ο蟮捏w系結(jié)構(gòu)啟動，該體系結(jié)構(gòu)支持相同對象和設(shè)備配置文件的可重用性。從而確保在多個子網(wǎng)中運行的不同供應商的多個設(shè)備之間的即插即用互操作性。 2. Modbus RTU 和 Modbus TCP/IP 具有主/從架構(gòu)的Modbus RTU因其可靠的性能和易用性而被廣泛使用。這種開放式串行協(xié)議使用循環(huán)冗余校驗和消息傳輸簡單的 16 位結(jié)構(gòu)。由于 OPC 服務器、數(shù)據(jù)采集軟件程序、SCADA、HMI 和其他軟件程序支持它，因此很容易將該協(xié)議集成到兼容設(shè)備中。使用Mod-bus RTU 的挑戰(zhàn)之一是開發(fā)和訓練新模型可能有點困難。Modbus TCP/IP 是一種供應商中立的通信協(xié)議，可用于 Intranet 和 Internet 環(huán)境。此通信協(xié)議的數(shù)據(jù)事務是無狀態(tài)的，因此它們不太可能被中斷或破壞。它可用于事件記錄、高性能和時間關(guān)鍵的應用程序。也是工業(yè)上最常用的一種通信協(xié)議。 3. PROFINET PROFINET 是一種工業(yè)以太網(wǎng)解決方案。它是一種在控制器和設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)的通信協(xié)議?？刂破骺梢允?PLC、DCS 或 PAC。設(shè)備可以是 I/O 塊、機器視覺系統(tǒng)、RFID 閱讀器、驅(qū)動器、過程儀器、代理，甚至其他控制器。絕大多數(shù)智能相機都支持此類通信協(xié)議。 【來源：光虎光學內(nèi)部培訓資料】 【圖片來源：官方標識】光虎光學專業(yè)生產(chǎn)由德國設(shè)計的工業(yè)鏡頭。以高精度雙遠心鏡頭為核心，涵蓋高性能FA定焦鏡頭、變倍鏡頭等產(chǎn)品?？蓪崿F(xiàn)為客戶定制化研發(fā)生產(chǎn)。光虎光學還代理歐美日機器視覺全系列產(chǎn)品。如面陣與線掃工業(yè)相機、智能相機、3D相機、紅外與紫外相機、光源、圖像采集卡、機器視覺軟件及其他周邊產(chǎn)品。http://www.sc2starcraft.cn/
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工業(yè)鏡頭設(shè)計之球面鏡...
所謂球面和非球面，主要是針對鏡片的幾何形狀而言，即球面鏡片與非球面鏡片。二者在幾何形狀上的差別決定了它們在平行的入射光的折射方向上產(chǎn)生差異，從而影響工業(yè)鏡頭成像效果的好壞。
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巨型幀的簡單介紹
巨型幀可為本地網(wǎng)絡提供一些好處，可以加快整體網(wǎng)絡速度，在某些應用程序質(zhì)檢提供更好的交互，并減少網(wǎng)絡壓力。
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機器視覺中的精度
無論使用何種儀器來測量參數(shù)，都有兩個關(guān)鍵因素：準確性和可重復性。一個基本的經(jīng)驗法則是，測量儀器應該至少比它要測量的過程規(guī)范好十倍。換句話說，它的可重復性和準確性至少應該是過程的十倍。 所有的測量儀器都有一個刻度，由沿刻度的許多“刻度”或標記組成。在使用機器視覺的情況下，“刻度”之間的距離是像素（子像素）的大小或像素（子像素）之間的距離。在機器視覺中，“刻度”對應于分辨率，但不一定對應于機器視覺系統(tǒng)的靈敏度——系統(tǒng)能夠檢測到的測量值的最小變化。在機器視覺中，這對應于像素（子像素）增量或像素（子像素）分辨率。 在使用機器視覺測量零件時，通常面臨著一個問題：零件特征的邊緣通常不會精確落在一個像素或兩個像素之間。邊緣的影響通常會在幾個相鄰像素上體現(xiàn)。人們無法區(qū)分落在同一像素上的兩條邊。通常，編碼的灰度值表示像素的強度平均值。 邊緣可通過四個屬性來表征 1、對比度 - 以邊緣為特征的線的累積強度變化 2、寬度（模糊度） - 發(fā)生大部分強度變化的剖面上的間隔大小 3、陡度 - 此區(qū)間內(nèi)的表面坡度 4、方向 - 垂直于邊緣像素的向量角度 由于對象的邊緣通常覆蓋具有特定灰度輪廓的幾個連續(xù)像素（將灰度值視為空間數(shù)據(jù)點的第三維屬性），因此可以使用任意數(shù)量的數(shù)學或統(tǒng)計方案來基本上推斷邊緣點的位置，或?qū)⑦吘壍奈恢媒⒃谟行ο缶嚯x的某個增量內(nèi)的通過對象空間中的像素。例如，將灰度輪廓視為曲線，可以計算曲線的二階導數(shù)——預期發(fā)生變化的特定點——并將其定義為邊緣像素。 不同的機器視覺算法利用邊緣的各種屬性來計算像素（子像素）內(nèi)邊緣的位置。值得注意的是，不同的算法在子像素增量的大小方面確實會產(chǎn)生不同的結(jié)果。 精度的準確性和可重復性 精度由校準程序決定。在機器視覺中，與大多數(shù)數(shù)字系統(tǒng)一樣，“校準”旋鈕可以一次更改一個“刻度”（一個像素或亞像素距離）。每個“刻度”代表系統(tǒng)輸出中的離散值變化，離散值是物理尺寸增量。 例如，公稱尺寸為 0.1，公差為 0.005。（總?cè)莶罘秶鸀?.01）。因此，校準旋鈕的每個“刻度”（像素或子像素距離）應具有0.1的0.01或0.001的值。因此，每個步長的一半為 0.0005。換句話說，機器視覺系統(tǒng)的精度應等于或優(yōu)于0.0005。 由于重復性的經(jīng)驗法則與精度相同，因此系統(tǒng)對重復性的要求是相同的，即重復性應等于“刻度”的尺寸。 雖然精度在給定的應用中可能不是那么重要，因為它可以通過校準得出，但可重復性更為重要，因為它不能通過校準或其他方式進行校正。據(jù)觀察，上述分析被許多人認為是保守的。因此，有些人建議將重復性從10/1放寬到5/1。 在某些情況下，使用的經(jīng)驗法則是精度和可重復性的總和應小于公差帶的三分之一。實際上，無論遵守什么“規(guī)則”，測量儀器的準確度或重復性不應等于被測量尺寸的公差，事實上，必須小得多！ 光虎光學觀點 光虎光學認為，具有亞像素能力的機器視覺通?？捎糜跐M足此類“規(guī)則”的許多計量應用。在某些情況下，無論系統(tǒng)分辨率或理論像素大?。ㄒ晥龀运?垂直方向的像素數(shù)）如何，性能都接近工業(yè)環(huán)境中機器視覺的實際極限。 在要測量的零件尺寸為0.1的上述示例應用中，鑒于相機/機器視覺系統(tǒng)的全視場應用于該尺寸，理論子像素分辨率可能為0.1/1500（基于一個基于 500 x 500 區(qū)域相機的機器視覺系統(tǒng)和1/3像素分辨率的子像素能力）。光虎光學專業(yè)生產(chǎn)由德國設(shè)計的工業(yè)鏡頭。以高精度雙遠心鏡頭為核心，涵蓋高性能FA定焦鏡頭、變倍鏡頭等產(chǎn)品?？蓪崿F(xiàn)為客戶定制化研發(fā)生產(chǎn)。光虎光學還代理歐美日機器視覺全系列產(chǎn)品。如面陣與線掃工業(yè)相機、智能相機、3D相機、紅外與紫外相機、光源、圖像采集卡、機器視覺軟件及其他周邊產(chǎn)品。http://www.sc2starcraft.cn/
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焊接領(lǐng)域中的機器視覺
什么是焊接？焊接，也稱作熔接、镕接，是一種以加熱、高溫或者高壓的方式接合金屬的工藝技術(shù)?，F(xiàn)代焊接的能量來源有很多種，包括氣體焰、電弧、激光、電子束、摩擦和超聲波等。通常來說焊接有三種：熔焊——加熱欲接合之工件使之局部熔化形成熔池，熔池冷卻凝固后便接合，必要時可加入熔填物輔助，它是適合各種金屬和合金的焊接加工，不需壓力。壓焊——焊接過程必須對焊件施加壓力，屬于各種金屬材料和部分金屬材料的加工。釬焊——采用比母材熔點低的金屬材料做釬料，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙，并與母材互相擴散實現(xiàn)鏈接焊件。適合于各種材料的焊接加工，也適合于不同金屬或異類材料的焊接加工。為什么要在焊接領(lǐng)域中使用機器視覺？焊接的特點是工藝因素復雜、勞動強度大、生產(chǎn)周期長、勞動環(huán)境差，其品質(zhì)依賴操作者的技能、技術(shù)和經(jīng)驗，也和操作者情緒及身體狀況相關(guān)，因此，焊接自動化技術(shù)對于提高接頭品質(zhì)，保證穩(wěn)定性具有很重要的意義。焊接機器人技術(shù)實現(xiàn)了焊接自動化、柔性化，但焊接機器人無法自主獲取工件定位信息、焊縫空間位置信息、焊縫熔透信息等，也不能自主適應工件與接頭組對，焊接熱變形等引起的軌跡、坡口尺寸變化，不能進行在線調(diào)整，即不具有智能。現(xiàn)實生產(chǎn)中軌跡和接頭坡口幾何尺寸的變化較為常見，無智能的再現(xiàn)式焊接會出現(xiàn)焊偏、焊穿、未焊透等較為嚴重的成型缺陷，所以急需基于視覺的智能化焊接技術(shù)，光虎視覺提供了豐富的案例和解決方案，為智能化焊接技術(shù)提供了極大的幫助。在焊接應用中，通常金屬件和部件通過熔化連接區(qū)域中的材料而連接在一起。在某些應用中，尤其是厚材料時，填充材料被添加到接頭中。熱量通常由電（如感應焊接、點焊和電弧焊接）或電磁輻射（如激光和電子束焊接）引起。由于高能量對小面積的影響，該過程會發(fā)出大量的熱光。因此，焊接工藝的核心是極其明亮的，因此也是基于相機的焊接成像系統(tǒng)的一大挑戰(zhàn)。機器視覺技術(shù)在焊接領(lǐng)域的使用在焊接中通常使用帶有激光照明的相機，可以實現(xiàn)清晰化可視化的焊接過程。這主要是由于激光照明的高光譜亮度與熱光的高效濾波相結(jié)合，可以應用于所有電弧和激光焊接工業(yè)。通過這些技術(shù)，光虎視覺可以實現(xiàn)從用于研究目的的高速焊接成像，到工業(yè)生產(chǎn)線焊接工藝的質(zhì)量保證。適用于所有主要的電弧焊接工藝，如GMAW（MIG、MAG）和TIG，以及所有主要的光束焊接工藝，如CO2激光器、光纖激光器、二極管激光器、Nd：YAG激光和電子束應用。在焊接領(lǐng)域使用機器視覺的優(yōu)勢>> 焊工和操作員可以根據(jù)圖像實時調(diào)整工藝>> 圖像可用于圖像分析和自動化>> 可以存儲圖像或視頻以進行質(zhì)量記錄>> 快速錯誤檢測可減少報廢>> 系統(tǒng)可在安全距離內(nèi)操作>> 改善了焊工的人機工程學>> 降低吸入不健康焊接煙霧的風險>> 縮短焊接過程的設(shè)置時間焊接領(lǐng)域使用機器視覺的方向>> GMAW 焊接（MIG、MAG）>> TIG 焊接>> 混合焊接（激光和電弧焊接）>> 激光焊接（例如二氧化碳、Nd：YAG、光纖和光盤激光器）>> 電子束>> 機器人焊接>> 半自動焊接>> 線性焊接>> 軌道焊接【來源：光虎視覺內(nèi)部培訓資料】
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景深
景深景深是光學攝影中一個很重要的參數(shù)，它是指光學系統(tǒng)獲取清晰成像時，被測物體所能移動的距離范圍。當一個光學系統(tǒng)的景深較小時，就會出現(xiàn)背景虛化的現(xiàn)象。光圈、焦距、工作距離都是影響景深的重要因素。在對光學系統(tǒng)的景深進行計算時，需要先了解容許彌散圓的概念。彌散圓是指在焦點前后，光線開始聚集和擴散，點的影像變成模糊時所形成的一個擴大的圓。如果彌散圓的直徑足夠小，成像會足夠清晰；如果彌散圓再大些，成像就會顯得模糊。中間的臨界點，這個可以被接受的最大的直徑被稱為容許彌散圓直徑。在拍攝過程中，通過彌散圓判斷圖像是否銳利進而判斷景深的深淺。下圖為兩款不同雙遠心鏡頭利用景深板拍攝的測量景深的圖片。其中圖二為型號光虎視覺TTL11.5-25-45C雙遠心鏡頭在平行光照射下拍攝的圖片。圖一圖二實際應用中，景深可分為前景深和后景深，計算公式如下：景深（dof）=圖三根據(jù)景深公式我們可以看出，景深與有效F數(shù)、焦距、工作距離都有關(guān)系。圖四是利用光線追跡的方法解釋景深與F數(shù)的關(guān)系。增大F數(shù)之后，相同工作距離下，光線入射角變小，在容許彌散圓大小不變的情況下，使得景深變大。即有效F數(shù)與景深正相關(guān)。圖五給出了在焦距、拍攝距離固定的情況下，不同F(xiàn)數(shù)下的拍攝效果圖。當F數(shù)較小時，景深較小，從圖片中可以明顯的看出背景已經(jīng)虛化。隨著F數(shù)的增加，背景虛化現(xiàn)象明顯變小，甚至消失。圖四圖五圖六給出了有效F數(shù)與景深之間的關(guān)系圖。有效F數(shù)越小，光圈越大，景深越小；有效F數(shù)越大，光圈越小，景深越大。圖六此外，通過景深公式，我們還可以推算出：若鏡頭焦距可變，光圈和工作距離確定時，焦距越大，景深越??；焦距越小，景深越大。當鏡頭焦距、F數(shù)確定時，工作距離越大，景深越大；工作距離越小，景深也會隨之減小,容易出現(xiàn)背景虛化現(xiàn)象。而雙遠心鏡頭與FA鏡頭略有不同。在雙遠心鏡頭的使用過程中，使用者可以微調(diào)鏡頭與相機傳感器之間的距離，即法蘭距，從而獲得想要的景深效果。當然景深的極限還是由雙遠心鏡頭本身的設(shè)計決定，這些調(diào)整只能在設(shè)計的景深極限范圍內(nèi)進行微調(diào)。需注意的一點是，景深是一個相對的概念，在景深之內(nèi)和景深之外，并不存在絕對的清晰或者模糊的界限。景深的測量也具有一定的主觀性，需要使用者根據(jù)自己的具體需求進行調(diào)整。【來源：光虎視覺內(nèi)部培訓資料】
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曝光時間對成像質(zhì)量的...
曝光時間對成像質(zhì)量的影響在任何工業(yè)相機應用中，相機的曝光時間是設(shè)置的關(guān)鍵。在任意的情況下，由于我們拍攝物體的移動，生成的圖像可能會模糊。為了最大程度的優(yōu)化圖像質(zhì)量，可以計算最小曝光時間來消除模糊并最大化拍攝亮度。在這篇文章中，將幫助了解曝光時間對圖像質(zhì)量的影響并避免它。什么是曝光時間曝光時間或快門速度是讓光線落在圖像傳感器上的時間。曝光時間越長，就越能“曝光”傳感器為像素充電以使其更亮?？扉T速度通常以幾分之一秒的形式給出，例如攝影相機中的 1/60、1/125、1/1000秒。在工業(yè)相機中，曝光時間通常以毫秒為單位，只是快門速度的倒數(shù)。（即1/60秒=0.0166秒或16毫秒）。圖像模糊模糊是當物體相對于傳感器移動并在曝光時間內(nèi)移動跨越2個或更多像素時所得到的。當拍攝移動速度超過在曝光時間內(nèi)可以完全靜止運動的物體時，就會看到這一現(xiàn)象。在左邊的圖像中，可以清晰的拍到運動員，但是球移動得非?？?，導致看起來很模糊。本例中的曝光時間為 1/500 秒（2 毫秒），但在此曝光期間球移動了許多像素?？扉T速度越快，物體相對于它開始的位置移動的可能性就越小。在機器視覺中，相機絕大多數(shù)情況下是固定的，所以它們不會移動，但擔心的是物體在曝光時間內(nèi)移動所產(chǎn)生的影響。根據(jù)應用場景的不同，圖像處理可能對模糊敏感，也可能不敏感。例如，假設(shè)相機橫向上的分辨率為2448像素，而傳感器上的呈現(xiàn)出來的物體為1000像素。在曝光期間，被拍攝的物體移動1個像素，則在傳感器上呈現(xiàn)出來的圖像就整體偏移了1個像素，這就是“像素模糊”?？扉T速度越快，物體相對于它開始的位置移動的可能性就越小。在機器視覺中，相機絕大多數(shù)情況下是固定的，所以它們不會移動，但擔心的是物體在曝光時間內(nèi)移動所產(chǎn)生的影響。根據(jù)應用場景的不同，圖像處理可能對模糊敏感，也可能不敏感。例如，假設(shè)相機橫向上的分辨率為2448像素，而傳感器上的呈現(xiàn)出來的物體為1000像素。在曝光期間，被拍攝的物體移動1個像素，則在傳感器上呈現(xiàn)出來的圖像就整體偏移了1個像素，這就是“像素模糊”。如何計算最合適的曝光時間在大多數(shù)情況下，都需要沒有像素模糊的清晰圖像。要計算合適的曝光時間，需要注意以下幾點：l 以像素為單位的相機分辨率（沿行進方向）l 視野（FOV）l 物體的速度l 曝光時間然后，就可以使用以下公式計算對象在曝光期間將移動多少像素：B = Vp * Te * Np / FOVB = 以像素為單位的模糊Vp = 物體的速度FOV = 運動方向的視野Te = 曝光時間（以秒為單位）Np = 跨越視野的像素數(shù)光虎視覺認為，在大多數(shù)情況下，產(chǎn)生超過1個像素的拖影時，模糊就會成為一個問題。在精密測量中，即使是1個像素的模糊也可能太多，需要使用更快的曝光時間?！緛碓矗汗饣⒁曈X內(nèi)部培訓資料】
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