機(jī)器視覺(jué)基本概念學(xué)習(xí)筆記9

除了以上介紹的幾種常用照明技術(shù)，還有些特殊場(chǎng)合所使用的照明技術(shù)，比如在線陣相機(jī)中需要亮度集中的條形光照明，比如在精密尺寸測(cè)量中與遠(yuǎn)心鏡頭配合使用的平行光照明技術(shù)，比如在高速在線測(cè)量中減小被測(cè)物模糊的頻閃光照明技術(shù)，又比如可以主動(dòng)測(cè)量相機(jī)到光源的距離結(jié)構(gòu)光照明技術(shù)和減少雜光干擾的偏振照明技術(shù)等。

此外，很多復(fù)雜的被測(cè)環(huán)境需要兩種或兩種以上照明技術(shù)共同配合完成。因而豐富的照明技術(shù)可以解決視覺(jué)系統(tǒng)中圖像獲取的很多問(wèn)題，光源照明技術(shù)的選擇可能對(duì)一個(gè)視覺(jué)系統(tǒng)的成功與否至關(guān)重要。

• 光源選擇

  一旦選擇了照明技術(shù)，接下來(lái)就是選擇何種光源的問(wèn)題了。光源應(yīng)該照明形狀的需要，需要有足夠的均勻度，且穩(wěn)定性能要好。在機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用中選擇光源應(yīng)該考慮下面的有關(guān)光源的特性：

光譜特征：光源的顏色及測(cè)量物體表面的顏色決定了反射到攝像頭的光能的大小及波長(zhǎng)。白光或某種特殊的光譜在提取其他顏色的特征信息時(shí)可能是比較重要的因素。當(dāng)分析多顏色特征的時(shí)候，選擇光源的時(shí)候，色溫是一個(gè)比較重要的因素。例如，鹵燈更多表現(xiàn)為黃色，相比氙燈顯現(xiàn)藍(lán)色。

對(duì)檢測(cè)來(lái)說(shuō)，最好的光源顏色（頻率）依靠?jī)蓚€(gè)因素：被檢測(cè)物體的顏色和CCD的頻譜響應(yīng)。下面兩圖就分別是常見(jiàn)光源和接收器的頻譜響應(yīng)曲線和色輪圖。

彩色CCD通常需要白色的照明光源—盡管這不是永恒的。我們可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)不同顏色的光來(lái)增加圖像的對(duì)比度，從而使我們的單色檢測(cè)得到加強(qiáng)。

色輪對(duì)我們選擇單獨(dú)頻率的光源來(lái)增大圖像對(duì)比度很有幫助。通常用相反色溫的顏色照射，可以達(dá)到最高級(jí)別的對(duì)比度，冷色照射暖色圖像變暗，照射其它的冷色則變亮。

效率：有些光源效率很高，相對(duì)于能量的消耗，其散發(fā)出更加多的光能，例如熒光燈。而鎢燈，產(chǎn)生相當(dāng)多的熱量，能量消耗也很大。效率不高的光源產(chǎn)生局部過(guò)熱，浪費(fèi)很多。一般光源的溫度越高，其壽命就會(huì)縮短，其消耗的能量就相對(duì)較高。

壽命特性：光源一般需要持續(xù)多小時(shí)的使用。一個(gè)壽命為1000小時(shí)的光源，在兩班運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，只能持續(xù)一個(gè)星期左右。更換光源燈泡的維護(hù)就必須了。LED光源是比較流行的光源，其可以連續(xù)工作很長(zhǎng)時(shí)間，大約可以連續(xù)操作100,100小時(shí)。

對(duì)多數(shù)光源，隨著光源的老化，光源釋放的能量會(huì)減少，根據(jù)光源類(lèi)型的不同，光能減小可能速度比較慢，也可能很快很明顯。光能輸出的變化可能也影響著光譜特性。當(dāng)光源的老化速度影響到圖像處理結(jié)果的時(shí)候就可以注意光源的變化了。

費(fèi)用：許多光源需要在視覺(jué)系統(tǒng)的使用過(guò)程中更換。如果光源很昂貴，在機(jī)器視覺(jué)的使用過(guò)程中可能會(huì)增大后期費(fèi)用。另外，光源應(yīng)該在市場(chǎng)上較容易購(gòu)買(mǎi)。

6、視覺(jué)開(kāi)發(fā)軟件

如果您的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用需要強(qiáng)大的程序庫(kù)，一套合適的視覺(jué)開(kāi)發(fā)軟件可為您縮短的開(kāi)發(fā)周期，節(jié)省您的時(shí)間和金錢(qián)。通常的視覺(jué)開(kāi)發(fā)軟件，有包含相機(jī)標(biāo)定、模式識(shí)別、測(cè)量、形態(tài)學(xué)、Blob分析、字符識(shí)別等算法在內(nèi)的通用開(kāi)發(fā)包，也有定制或裁減后的專(zhuān)有功能的開(kāi)發(fā)包，比如用于條碼/二維碼識(shí)別，測(cè)量，表面缺陷檢測(cè)等。

作為PC式機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的重要組成部分，視覺(jué)軟件主要通過(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。

專(zhuān)業(yè)的視覺(jué)軟件能實(shí)現(xiàn)圖像中目標(biāo)的高精度定位，從而提高了系統(tǒng)的精度。由于開(kāi)發(fā)一款功能強(qiáng)大的視覺(jué)底層軟件，需要有專(zhuān)業(yè)的開(kāi)發(fā)人員，而且還需要有足夠長(zhǎng)的開(kāi)發(fā)周期。

所以，作為一個(gè)系統(tǒng)集成商來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)視覺(jué)項(xiàng)目，從商業(yè)的角度來(lái)看，筆者認(rèn)為其工作重心應(yīng)放在應(yīng)用層面的開(kāi)發(fā)上，不應(yīng)混淆底層開(kāi)發(fā)和應(yīng)用層開(kāi)發(fā)的區(qū)別。也就是說(shuō)，根據(jù)項(xiàng)目的要求，合理選擇一款合適的商用視覺(jué)軟件包，在最短的時(shí)間內(nèi)，完成所承接的項(xiàng)目，創(chuàng)造最快的效益。

雖然從表面上看，自行開(kāi)發(fā)底層視覺(jué)軟件能節(jié)約成本，但由于開(kāi)發(fā)視覺(jué)底層軟件需要周期長(zhǎng)，而且自行開(kāi)發(fā)的軟件在性能上，難于達(dá)到由專(zhuān)業(yè)人員所開(kāi)發(fā)的效果，以至于開(kāi)發(fā)出來(lái)的視覺(jué)系統(tǒng)不能滿足預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)，最終難以使視覺(jué)產(chǎn)品走上商品化。

所以，從綜合成本考慮，建議系統(tǒng)集成商在從事視覺(jué)項(xiàng)目時(shí)，選擇一款專(zhuān)業(yè)的視覺(jué)軟件。

• 市面上合用的商業(yè)視覺(jué)軟件包也有許多，性能、價(jià)格等相差較大。選擇一款適合項(xiàng)目需要的機(jī)器視覺(jué)二次開(kāi)發(fā)包時(shí)，應(yīng)從視覺(jué)軟件能達(dá)到的精度、速度、魯棒性、硬件的要求（是否與圖像采集卡相配）、編程的難易程度和價(jià)格等方面來(lái)綜合考慮。圖像進(jìn)行管理、存儲(chǔ)的功能模塊。如，圖像緩沖區(qū)、圖像硬盤(pán)存儲(chǔ)、 圖像格式輪換等。

• 實(shí)際應(yīng)用部分：專(zhuān)為某一特定領(lǐng)域的視覺(jué)系統(tǒng)，所提供的軟件工具。如BGA檢測(cè)。

• 顯示功能部分：如，圖像放大功能、畫(huà)圖功能等。

• 其他功能部分：如，數(shù)據(jù)管理模塊等。

  使用與板卡相匹配的軟件包，不僅可以避免在板卡的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，出現(xiàn)“軟硬不配”的問(wèn)題。同時(shí)，如果我們對(duì)軟件中的各種工具，可以熟練的善加利用。還可以大大縮短應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期、并且可以使我們便于優(yōu)化系統(tǒng)，易于進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)、源代碼管理。

面對(duì)不同公司的視覺(jué)軟件包時(shí)，該如何作出正確的選擇？根據(jù)上面所講“軟件包的基本功能與構(gòu)成”一節(jié)，就其中較重要的部分，下面我們一一作出分析。

我們首先要考慮的問(wèn)題是：哪一家公司的軟件更加容易使用，即在此軟件包基礎(chǔ)上作二次開(kāi)始，是否容易上手、能否縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮：

• 開(kāi)發(fā)硬件環(huán)境：此軟件包在您公司所選用的電腦硬件系統(tǒng)下是否能正常運(yùn)行。如，是否支持PCI接口、顯示卡等。

• 開(kāi)發(fā)操作系統(tǒng)；此軟件包在您們公司所選用的操作系統(tǒng)下能否正常運(yùn)行。如，是否支持WIN7，Linux等等。

• 開(kāi)發(fā)語(yǔ)言：此軟件包是否適用于您們公司所選用的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。如，使用VC，VB、CPB、DELPHI等語(yǔ)言作二次開(kāi)發(fā)，是否簡(jiǎn)單易用。

  當(dāng)然我們還要對(duì)比不同公司的軟件包，在圖像處理方面的功能的優(yōu)劣。

• 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。此功能主要以下幾個(gè)參數(shù)作對(duì)比：一、精度?？梢圆殚嗆浖漠a(chǎn)品介紹或是使用說(shuō)明；二、穩(wěn)定性?？墒褂貌煌瑘D像對(duì)軟件進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，如，進(jìn)行GR&R測(cè)試；三、多樣性。是否能夠應(yīng)付各種不同的實(shí)際情況。如，不同形狀的邊緣尋找，不同明暗情況下的邊緣尋找等等；四、速度?？稍诮y(tǒng)一的情況下（如，使用同一圖像）對(duì)不同系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際測(cè)試。

• 目標(biāo)定位功能：目標(biāo)定位功能，是圖像處理中另一基本且常用的工具。同樣有以下幾個(gè)參數(shù)作對(duì)比：一、精度?？梢圆殚嗆浖漠a(chǎn)品介紹或是使用說(shuō)明；二、穩(wěn)定性?？墒褂貌煌瑘D像對(duì)軟件進(jìn)行實(shí)際測(cè)試；三、速度。對(duì)于目標(biāo)定位功能來(lái)說(shuō)，其運(yùn)行速度的快慢，可以認(rèn)為是其軟件水平高低的直接標(biāo)志之一。可在統(tǒng)一的情況下（如，使用同一圖像、同一速度電腦）對(duì)不同系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際測(cè)試；四、操作復(fù)雜程度。由于目標(biāo)定位功能比邊緣尋找功能在算法上要復(fù)雜得多，這就使得此功能參數(shù)設(shè)置的繁簡(jiǎn)程度，會(huì)直接影響二次開(kāi)發(fā)的難易。

• 圖像預(yù)處理功能：圖像欲處理功能（如二值化、邊緣銳化、反差調(diào)節(jié)等等），可以提高圖像分析速度、簡(jiǎn)化分析工程。

• 字符讀取功能（OCR）：對(duì)于那些主要應(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。

• 數(shù)據(jù)讀取功能：目前，絕大多數(shù)公司的軟件包中，都帶有條形碼、二維碼的讀取功能。大家所要注意的是，不同軟件應(yīng)付在不良情況的能力，如，光源不足、圖像不清、源碼殘缺等情況。

• 圖像緩沖功能：與板卡的“圖像存儲(chǔ)”功能相似，這一功能的主要目的，是為了緩解拍照與運(yùn)算時(shí)間上不同步的矛盾。與板卡上硬件緩沖區(qū)所不同的是，這一功能純由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。通常的概念是，在內(nèi)存中開(kāi)辟一固定空間，從板卡傳來(lái)的圖像信號(hào)，在電腦分析完之前都會(huì)按序存在這一空間里。每幅圖像地址的指針，另存在一堆棧中。圖像以先進(jìn)先出的方式清除。

• 實(shí)際應(yīng)用功能：很多公司，為了適應(yīng)越來(lái)越激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，在原有的底層軟件基礎(chǔ)上，又開(kāi)發(fā)出可應(yīng)用于某一特定領(lǐng)域的軟件包，以方便這一行業(yè)中的視覺(jué)二次開(kāi)發(fā)商。如，半導(dǎo)體行業(yè)中BGA檢測(cè)工具；顯示器生產(chǎn)業(yè)中的顯示檢測(cè)工具；機(jī)器手行業(yè)中的系統(tǒng)定位工具等等。

• 接口功能：軟件包是否能夠方便地與其他軟件或控件接口，一起運(yùn)行。

• 其他輔助功能：除以上所講的各功能以外。各視覺(jué)公司，又各自開(kāi)發(fā)出一些其他非圖像處理的軟件工具，以方便開(kāi)發(fā)者使用。如，數(shù)據(jù)分析工具（SPC）、圖像顯示工具、畫(huà)圖工具等等。

應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)限及功能

在對(duì)該選用哪家公司板卡的問(wèn)題上，作出決定之前。我們還要考慮公司所要開(kāi)發(fā)的目標(biāo)系統(tǒng)，要擁有哪些功能？在確定了系統(tǒng)這些功能之后，接下來(lái)要考慮這些功能是否要由自己來(lái)完成，還是使用板卡公司所提供的底層軟件包，等等一系列的問(wèn)題。

下面，我們就將這些問(wèn)題按思考步驟綜合一下：

• 系統(tǒng)功能：首先確定所要開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)，應(yīng)該有哪些基本功能。
• 開(kāi)發(fā)時(shí)限：再根據(jù)項(xiàng)目的具體要求，確定系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期。
• 開(kāi)發(fā)商支持：軟件包開(kāi)發(fā)商是否有詳盡的使用說(shuō)明；是否能提供足夠的源代碼；如果在本地區(qū)有技術(shù)支持人員；技術(shù)支持人員是否會(huì)說(shuō)中文－－如果不會(huì)，您們的開(kāi)發(fā)人員是否能與他們很好地溝通。
• 人力資源：考慮能夠參與開(kāi)發(fā)工作的人力資源，包括：編程能力、視覺(jué)知識(shí)等等方面。考慮這個(gè)問(wèn)題，是因?yàn)橥ǔ＿x用功能完備的軟件包，并不一定能縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，但卻能夠簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)工作，使源程序便于優(yōu)化。
• 分析軟件包功能：確定軟件包所提供的工具，是否能夠支持系統(tǒng)所要求實(shí)現(xiàn)功能。
• 最后決定：根據(jù)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能－－哪家公司的軟件包，能夠覆蓋最多的系統(tǒng)功能；項(xiàng)目要求的開(kāi)發(fā)時(shí)間－－哪家公司的軟件最容易使用、開(kāi)發(fā)周期最短；公司的人力資源－－哪家公司的軟件包，最適合您公司開(kāi)發(fā)人員的水平。綜合以上各點(diǎn)最決定：哪家的公司的板卡及軟件包，最適合您。

公司經(jīng)營(yíng)方向

其實(shí)，在我們決定選用哪家視覺(jué)公司的板卡的同時(shí)，也是在確定自己公司的經(jīng)營(yíng)發(fā)展方向。原因很簡(jiǎn)單，開(kāi)發(fā)一套實(shí)際應(yīng)用視覺(jué)系統(tǒng)所需要的成本相當(dāng)昂貴。如果沒(méi)有非常充分的理由，一般來(lái)說(shuō)我們是不會(huì)選用另一家公司的板卡，重新作開(kāi)發(fā)的。于是，在我們決定選用哪張板卡的同時(shí)，還要考慮下面這個(gè)問(wèn)題：

• 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本：公司所能承受的開(kāi)發(fā)成本是多少，這包括：一套軟件包的起始工具箱，以及整組開(kāi)發(fā)人員開(kāi)發(fā)期間的工資等。一般來(lái)說(shuō)，性能較好功能完備的板卡及軟件包，都是比較貴的。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本，直接影響公司資金運(yùn)作。
• 系統(tǒng)銷(xiāo)售成本：系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成果之后的銷(xiāo)售成本是多少。這包括：軟件運(yùn)行執(zhí)照，以及系統(tǒng)維護(hù)人員的工資等。系統(tǒng)銷(xiāo)售成本，直接影響公司的產(chǎn)品市場(chǎng)定位。
• 軟件包換代：軟件包開(kāi)發(fā)商是否經(jīng)常推出新產(chǎn)品，并允許客戶更新新版本軟件。軟件版本更新是否免費(fèi)。
• 實(shí)際應(yīng)用：軟件開(kāi)發(fā)商，在您們公司所要從事的領(lǐng)域里，其軟件包中的視覺(jué)工具，是否具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)。