1. 澳门永利国际

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    如何构建澳门永利国际系统

    澳门永利国际,顾名思义,可拆分为“机器”+“视”+“觉”三部分,既包含了由机械运载平台、硬件处理平台及执行操作平台等组成的“机器”部分,又含成像采集器件组成的“视”,同时也囊括了软件处理的“觉”。它是一个系统的概念,运用现代先进的控制技术、计算机技术及传感技术,以光机电软结合体的方式,为人类的品质生活注入了极大价值。

    正因为它是融合了多学科的工程技术,所以澳门永利国际系统的构建过程更为精确细致。通常澳门永利国际系统的构建按照以下流程进行。

    这个流程图描述了开展一个设计方案所需进行的主要决策。从接收到用户提出的需求,到完成整个系统,需要经历任务描述、系统设计、开发安装以及贯穿整个过程的成本核算。

    l  任务描述

    一个成功的设计时建立在详细规范的技术描述文档基础上的。该文档中除了需要详细描述基本任务和应用环境信息、可能对系统构成造成影响的外界因素,如机械容差、环境变动等,还需提供样本临界阀值描述,他包括对好品和坏品的定义,以及介于好品和坏品之间的详细描述。

           若事先不对系统影响因素甚至任务本身作精确定义,就可能会为系统埋下隐患,导致系统架构出现重大问题。为补救而进行的变更则会消耗非常多的人力、物力资源,得不偿失。

    l  系统设计

    系统设计包含以下关键步骤:设计现场大小和分辨率,选择相机、镜头、采集卡及硬件平台,设计最优的打光方式,设计机械结构、优化电气环境、选择软件平台开发应用软件。

    l  成本核算

    在整个视觉系统的构建过程中,都需核算硬件和软件的成本,并估计开发和安装成本,从而创建一个包含成本的项目计划。

    2.1澳门永利国际系统描述

           如前言所述,系统描述书是一份纲领性文件,在整个系统构建过程中尤为重要。本章从细节角度描述了设计一个澳门永利国际系统所需考虑的事项,并竭力将其总结为书面形式的系统描述文档。评估者拿到该文档后,结合相应的样品,可大致还原出项目初始时的状态。项目实施过程中若发生需求变更,我们可以据此核对初始状态,并将相应变动添加到需求列表中。他可为使用者和开发者提供系统需求和变动的参考,还可用作验收测试的依据。

    2.1.1采用视觉系统的目的及其效用

           系统描述书中最重要的部分是阐述采用视觉系统的目的、效用和收益。这部分内容需要涵盖系统的需求、定义系统需要完成的所有操作和产生的结果,包含检查目标、任务功能、预期精度等。

           通常,我们可以将目前的检测操作方法和采用澳门永利国际的方法进行对比,通过对比来收集更多任务相关信息,并评估视觉系统效用。例如,视觉系统可以对每一个工件完成高精度或者100%实时检测的任务,而采用人工的或者半自动的检测方式,检测精度和速度会受操作工人技能的熟练度和疲劳度等影响。由此可见视觉系统具有更多的技术优势,也能带来更高的投资回报率。

    2.1.2工件特征

           作为被检测的主体,工件的特征关系着整个视觉系统的复杂程度,因此我们需要对工件进行准确的描述,并且提供充足的样品,以初步确立视觉系统的大致模型。对于给定的工件,可以从以下角度进行描述:

    ü  工件是单个离散的还是连续的(例如纸制品和纺织品)

    ü  最小和做大尺寸

    ü  形态变化

    ü  待提取的特征描述

    ü  错误工件与正常工件之间特征的区别

    ü  表面光洁度

    ü  颜色

    ü  表面是否带腐蚀性、油膜或粘合剂

    ü  由于工件接触面造成的表面特征改变,例如在工件表面贴上标签或者粘上操作工人的指纹。

    2.1.3工件呈现方式

           工件呈现方式的决定性因素是工件运动、位置容差和视场中的工件数量。

    决定性因素

    类型

    描述

    工件运动方式

    索引定位

    需要定义工件停止的时间,它影响采集图像的时间

    连续运动

    需要注意速度和加速度,它们影响图像获取

    位置容差

    传输和翻转

    需要获得位置容差数据,综合容差会影响视场合景深

    视场内多工件

    工件数量

    影响视场大小

    重叠接触部分

    需要注意重叠接触部分特征是否完全可见,会影响基于轮廓的算法的准确性

     

    2.1.4性能需求

           性能需求可通过精度和实时性两个指标进行衡量。

    Ø  精度

    用户需要定义需求精度,它影响着系统及器件分辨率的选择。

    Ø  实时性

    视觉系统通常是在生产链中的一个环节,他需要在指定时间内完成任务,这会影响硬件平台的选择,也会限制对一些特定算法的使用。

    在进行任务描述时,需要确定以下时间:

    ü  循环开始时间

    ü  开始采集时间

    ü  最大处理时间

    ü  从检测开始到使用检测结果之间的周期

    需要注意的是,工件在传送带上运行,执行机构并不一定立即使用检测结果,而是有一定的时间延迟,如下图所示,对于图(1)的情形,处理必须在一个周期内完成。对于图(2)的情形,必须将结果进行固定延迟,且平均计算时间必须小于工件循环周期。

    2.1.5信号接口及用户界面

    视觉系统往往不是一个独立的系统,它需要使用接口连接外部设备,以便操作人员对系统进行操作。这些设备可以通过 TCP/IP、现场总线、串口或者数字 IO 接口进行通信,各接口之间一般采用数据库、协议和日志文件进行保存和传递信息。

    使用接口主要有以下目的:

    ü  用于处理和观察结果;

    ü  当前工件类型声明;

    ü  控制开始检测;

    ü  设置结果;

    ü  保存结果或检测数据至日志文件或数据库;

    ü  生成用于储存和打印的检测协议。

    2.1.6安装空间

    为了更好的和机械配合,我们需要从以下几个角度考虑为视觉设备预留安装空间:

    ü  是否能够调整光源和相机?

    ü  是否能有一个良好的检测场景?

    ü  相机与工件之间的工作距离最小和最大的范围?

    ü  相机和处理单元的距离,需要与线缆长度进行匹配。

    2.1.7环境

    除了安装空间,还需要对环境进行确认:

    ü  环境光:杂光可能影响图像效果,造成干扰;

    ü  防尘装置:灰尘进入相机后,可能附着于芯片表面,形成固定的脏点,影响图像;

    ü  防冲击和减震装置:震动容易造成镜头离焦甚至镜片松动;

    ü  防寒和散热:部分设备在高寒情况下无法开机,高热情况下会发生宕机;

    ü  必要的防护等级:防水、防盐雾等;

    ü  供电:主要考虑供电的电压范围、是否接地、电源带载能力、电源屏蔽等。

    2.1.8检查表

    通过各具体事项的信息收集和核对,可以形成系统描述的检查表,该检查表集合了设计澳门永利国际系统所需要的信息,能辅助设计人员全面掌握系统需求。

    2.2澳门永利国际系统设计

    到此为止,我们已经收集了包含检测任务、检测工件、性能需求、安装空间以及环境等信息,形成了细致 的视觉系统描述文档。接下来就可以提炼关键信息,着手进行澳门永利国际系统的设计了。

    2.2.1关键信息确定

           在将工件的空间信息映射到相机的像素信息过程中,视场大小和分辨率是最关键的两个信息。

    视场大小

           视场是指相机所拍摄的物方空间大小,它由以下因素决定:

    ü  工件最大尺寸;

    ü  工件旋转的最大的量;

    ü  工件偏移的边缘尺寸;

    ü  相机传感器的长宽比。

    如上图所示,黑色区域 1 为工件的最大尺寸;灰色区域 2 为工件允许超出的最大变化区域;白色区域 3 为区域 1+ 区域 2 的矩形大小。

    灰色区域 4 为区域 3 加上运动偏移的边缘大小。在图像处理阶段, 需要预留一部分边缘保留区域。此外还应为相机的维护和安装预留 一定的允许误差,因此计算出的理想视场就是区域 4。多数面阵相机 传感器的长宽比为 4:3,而计算出的视场需要与相机传感器的尺寸匹 配,所以最终的视场在长宽两个方向上会做相应的调整。

    因此,对各方向的视场可以通过以下公式计算:

    FOV= 工作最大尺寸+位置容差+边界余量+相机芯片横纵比调整值

    分辨率

    分辨率有以下几个概念:

    ü  相机分辨率 Rc

    即相机内部的传感器的像素数,单位 pixel

    ü  空间分辨率 Rs

    空间分辨率是将现实世界中物体尺寸映射到图像传感器的一 个纽带,这种映射通过镜头实现。空间分辨率由相机芯片大小和 视场大小共同决定,单位为 mm/pixel

    ü  检测精度

    检测精度是指系统可检测到的最小特征,它是衡量系统整体性能的一个指标。空间分辨率是保证检测精度的重要因素。当然, 检测精度还受到特征辨识度和软件算法的影响,所以检测精度可 以与空间分辨率不同。

    对于图像处理,特征的辨识度及软件算法决定于这一特征 能否被度量。如果小缺陷的辨识度较差,软件可能无法检测到这 一缺陷。

    软件算法影响:一些算法如拟合圆,亚像素算法可以得到 比空间分辨率更高的检测精度。当然,其中的数据与所使用的算 法和图像质量都有关系。下表列举了算法精度。

    算法

    算法精度

    估算时建议精度

    定位

    1/4pixel

    1pixel

    测量

    1/2pixel

    1pixel

    检测

    3×3pixels

    3×3pixels

    分辨率计算

    在选择相机时,需要确定相机的分辨率。因此检测的最小特 征的大小和需要多少个像素表征这个特征是至关重要的。可以通 过以下公式计算必须的空间分辨率: Rs=FOV/Rc Rc=FOV/Rs

    名称

    变量

    单位

    相机分辨率

    Rc

    pixel

    空间分辨率

    Rs

    mm/pixel

    视场

    FOV

    mm

    最小特征尺寸

    Sf

    mm

    表征最小特征的像素数

    Nf

    pixel

    空间分辨率可以通过以下公式计算: Rs = Sf/Nf

    如果视场已知,相机分辨率可以通过以下公式计算:

    Rc = FOV/ Rs = FOV*Nf/Sf

    这个公式能同时计算水平和垂直方向的分辨率。对于面阵相机,需要考虑水平方向和垂直方向的比例。

    Tips:线阵相机的分辨率

    对于线阵相机,其横向的分辨率可以通过上面的公式计 算。纵向分辨率取决于扫描速度,它定义了必要的扫描频率, 参照如下定义:

    2.2.2选择相机、采集卡、硬件平台

    基于分辨率的计算,我们可以建立基础的视觉系统模型。这个模型包括相机型号,采集卡和硬件平台,这些因素相互影响决 定了第一步工作。

    相机选型

    选择相机的扫描类型是整个视觉系统设计的关键。它将会影 响其他的硬件选择及图像采集策略。通常,相机的扫描类型分为 线阵和面阵两种。

    线阵相机的传感器只有一行感光元素,可实现高扫描频率和 高分辨率。其典型应用领域是检测连续的材料,例如金属、塑料、 纸和纤维等。被检测的物体通常匀速运动 , 利用一台或多台工业 相机对其逐行连续扫描,以达到对其整个表面均匀检测。在图像 处理时,可以对其图像按行进行处理,也可对由多行组成的面阵 图象进行处理。线阵相机非常适合测量场合,这要归功于传感器 的高分辨率,它可以准确测量到微米。目前线阵相机分辨率有从1k  16k 等,像元尺寸从 14µm  3.5µm 不等。

    对于面阵 CCD 来说,应用面较广,如面积、形状、尺寸、位置,甚至温度等的测量。面阵 CCD 的优点是可以获取二维图像信息, 测量图像直观。缺点是像元总数多,而每行的像元数一般较线阵 相机少,帧频也受限。

    一般在以下情况会选择线阵相机成像:

    ü  空间分辨率要求较高,每行像素数 4k 以上;

    ü  帧频要求很高或者垂直方向分辨率要求很高,线阵相机一般可 轻松实现 9kHz 以上行频;

    ü  物料为连续无规律,要求图像采集连续。线阵相机可连续无间 断的图像数据流而面阵相机无法做到。

    在确定相机扫描方式后,还需要进一步确定相机以下参数:

    ü  彩色芯片;

    ü  接口技术;

    ü  面阵相机是否隔行扫描;

    ü  传输包大小;

    ü  价格和供货情况。

    Tips

    ü  面阵相机通常实现彩色的方式有两种:Bayer 插值和棱镜分光方式。线阵线阵相机实现彩色的方式有三种:Bayer 插值,三线

    ü  彩色和棱镜分光方式;

    ü  棱镜分光方式有最好的颜色还原性;

    ü  相机接口涉及到带宽要求、硬件平台的接口,是否有匹配的、足够稳定的采集硬件等因素; 隔行扫描也会带来许多缺点,如会产生行间闪烁效应、出现并行现象及出现垂直边沿锯齿化现象等不良效应。

    采集卡

    采集卡将相机的模拟或者数字信号进行采集,除了它们之间的接口需要匹配。还需要考虑以下参数的兼容性:

    ü  像素频率的兼容性;

    ü  软件库的兼容性;

    ü  可连接相机的数量;

    ü  是否可以通过采集卡控制相机;

    ü  相机的触发和延迟能否通过采集卡进行设置;

    ü  是否带有板上预处理功能;

    ü  可用的通用 IO 接口;

    ü  价格和供货情况。

    硬件平台

    硬件平台构成方式有智能相机、紧凑型视觉系统、或者基于 PC 的系统三种形式。选择何种系统硬件平台,需要权衡成本和系统性。

    选择硬件平台时应重点考虑以下几点:

    ü  与采集卡插槽的兼容性;

    ü  操作系统 :操作系统必须支持相应的软件版本,高速应用时需要考虑是否必须使用实时操作系统;

    ü  对操作系统和软件来说,还需要考虑开发进程,硬件平台必须提供一个可简单易用的开发和操作环境;

    ü  如果操作者需要频繁的设置系统,应当提供一个友好的人机界面;

    ü  负荷处理;硬件平台需同时处理像素并运行进程,在高速或者多相机应用中,紧凑的系统可能会存在资源过度紧张的情况;

    ü  接口类型、内存大小、数据包的大小;

    ü  价格和货期。


    2.2.3镜头选择

           在视场合相机分辨率已知的情况下,可选取适合的镜头。镜头设计的一个重要参数是工作距离,安装空间应该为镜头预留一个最佳的工作距离,该距离也用于计算焦距的大小。通常距离越大,镜头焦距的可选范围越大。

    焦距

    在计算焦距的简化光学模型中,我们可以根据薄透镜原理计算得到焦距f的大小。下图展示了计算焦距的薄透镜模型。图中Y代表物体的真实高度,Y’为图像的高度。

    焦距f’的计算公式如下:

    镜头后截距

    后截距是指镜头安装面到相机成像芯片之间的距离。相机上安装镜头的方法很多,澳门永利国际中面阵相机主要为C接口和CS接口的螺纹接口。高分辨率的线阵相机(2048像素以上),芯片尺寸比C接口镜头提供的图像靶面更大,需要能覆盖更大靶面的镜头,通常这种镜头的接口是F口或者V口。

    常用的接口及后截距如下表:

    接口类型

    后截距(mm

    C

    17.526

    CS

    12.526

    尼康F

    46.5

    V

    不限定

    从表中看,C口与CS口两者之间的后截距相差5mm,而后截距表征了镜头与传感器件最小的距离。对C口相机来说,能接的镜头后截距为17.5mm,从而可以将CS口镜头增加一个5mm的延长圈,达到要求的最小距离。相反对CS口相机来说,则不能使用C口镜头。

    延长圈

    对于一个焦距的图像来说,减小物距会导致像距的增加,同时放大倍数也会增大。当工作距离较小时,可再镜头前面加长延长圈对较近的物体进行聚焦,但同时会降低镜头的景深。

    如果想获取更大的放大倍数区域,比如从0.4倍到4倍,通过微距镜头能够获取更高的图像质量。

    镜头靶面和传感器尺寸

    相机芯片的大小不尽相同,它们按照对角线尺寸被划分为1/3”,1/2”,2/3”,1”,4/3”等大小。

    而一个镜头在像面上,能够清晰成像的范围也是有限的。通常用靶面尺寸表征它能够支持的最大清晰成像范围,超过这个范围成像模糊,对比度降低,像差增大。

    在给镜头选配CCD时,可以遵循“大的兼容小的”原则进行,即镜头的靶面尺寸大于或等于CCD尺寸。如果CCD尺寸大于镜头的靶面尺寸将导致边缘出现黑像素、shading现象。

    分辨率和镜头质量

    为了适应高分辨率的相机,我们再选择镜头时需要注意镜头的分辨率参数。在高分辨率的相机上安装较低光学性能的镜头可能导致较差的图像质量,反而降低了整个视觉系统的效能。

    Tips

    不同的厂商对镜头分辨率标称不太一 致。 如有标示1/2"1MP,表征镜头能覆盖 1/2" 的视场大小,在这么大的 视场范围内,能分辨 100 万个像素;有标示分辨率为 5µm 表征其配合镜头使用时,像元尺寸最小能到 5µm。但实际是 否根据奈奎斯特频率来进行计算,即实际像面能分辨 5µm 还是 10µm,需要和厂商进行沟通。

    滤光片

    在澳门永利国际中,对照明光源的波长的选择和控制常被忽略。但是,选择合适地成像光源波长常常在澳门永利国际中起到神奇的效 果。而实现对成像光波长和偏振特性的控制中最经济灵活的方法 即在镜头前加装滤光片。使用滤光片可以实现以下几个目的:

    ü  单色相机代替彩色相机

    采用单色的相机加单色滤光片,具有更好的灵活性,比使用彩色相机提取 R,G,B 通道更容易突出物体对某个波段的光源的反射特性。

    ü  加大目标和背景图像的对比度

    使用有针对性的光源,配合滤光片,最大程度上保证目标和背景所得到的灰度差。 排除紫外和红外光的干扰 在一些特殊应用场合,紫外或者红外光谱成分较多,会对图像产生影响,使用紫外截止或者红外截止滤光片,可降低干扰。

    ü  利用紫外和红外光对不可见目标成像

    对一些可见光下不可区分目标的成像时,需借助紫外或者红外 光源加以凸显,配合使用滤光片能减少可见光谱部分对图像亮 度的影响。

    ü  降低光滑表面的强反光

    使用偏振技术,能减少光滑表面的强反射形成的眩光。

    ü  提高镜头及系统的分辨率

    使用彩色光源及通过减少照明光源中不同波长的范围,改善镜头的分辨率。

    滤光片的使用,有时候可以起到事半功倍的作用。根据物体的吸收光谱不同选择合适的滤镜,可以实现以反射量差异最大的谱段照明,大大提高对比度。

    甚至把不可见缺陷化为可见。下图用带通滤光片实现了对肉眼不可见的喷漆差异成像。

    而宽谱段的可见光带通滤光片可以实现可见光的高透过率同时阻止红外和紫外光透过,排除由不可见光引起的偏色。如下图的使用效果:

       

    在观察荧光效应时可以选取荧光波段透过的滤光片,排除光源干扰,观察荧光。如对纸币的荧光防伪标记成像,可选用带通滤光片。

    2.2.4照明的设计

    照明系统是澳门永利国际系统关键的部分之一,决定了一幅图像中特征信号的质量。一幅图像的质量是否能满足处理的需要,很大程度上取决于特征与背景的对比度。通过适当的光源照明设计可以使图像中的特征信息与背景信息得到最佳分离,大大降低图像处理的 算法难度和软件的复杂度,同时提高系统的精度和可靠性。

    使用照明技术

    常用的照明技术包括背光照明和前景光照明:

    ü  背光照明

     

    光源、相机在目标的异侧,这种照明方式称为前景光,可以使 被测工件在较大尺寸范围内具有较强的亮度。这种背光源可以 扩散,能够提供较大角度范围的光。背景光的照明方式通常比 较单一,利用背景光创造一个明亮的背景,而不透明或半透明 的目标形成暗区,反差强烈。

    ü  前景光照明

    光源、相机在目标的同侧,这种照明方式称为前景光。这种方式能提供较亮的光场环境,并且可以进行多个角度的自由组合,对于较大幅面和不同高度的样品特征都能较好的表现出来,另 外,使用前景光可以凸显物体颜色。

    照明技术

     

    功能

    背光

     

    外形尺寸的测量

    前景光

    散射光

    将光线进行发散成各个角度更加均 这种光源常见形式为不同直径的球 积分光源在它内部安装有 LED 向内 壁照射通过内壁的均匀图层多次反 形成均匀光场

    直射光

    光源直接照射可覆盖一定的角度范围

    常见形式为环形光源或者条形光源

    共焦前景光

    实现在相机的聚光轴的方向进行光束 的分离

    在形成的图像效果上来看,照明又可分为明场照明和暗场 照明

    ü  明场照明:指目标物直接反射的光,背景较明亮。

    ü  暗场照明:指目标物散射的光,背景较暗。

    选择光源

    澳门永利国际常用的一些光源主要有:

    ü  日光灯

    有直线和环形两种样式。由于安装原因,环形状日光灯无法提供连续环形光。如果日光灯的频率是50Hz,在图像中将会看到光强度的变化,因此需要对驱动电路进行改进,采用直流高 频的方式。

    ü  卤素灯和氙灯

    这两种光源通过直流电压驱动,因此不会出现频闪的现象。卤 素灯通常光纤结合使用,光纤可以布置成直线或者环形样式。 氙灯响应速度快,因此常用于需要快速响应的应用场合。

    ü  LED

    它的优点是通过直流电压驱动,寿命远远超过卤素灯和白炽灯, 封装尺寸更小,并且不需要额外的电子元器件。响应速度快, 可通过对多个 LED 进行组织达到高亮度。

    ü  激光

    激光常被用于一些特殊的应用,比如三角测量 ,激光引导。

    在选择光源时需要注意光源的光谱信息。充分理解光的加色 原理和色材吸收的减色原理,可以帮助我们选用不同光谱的光源, 将目标凸显出来。

    确定打光方案

    在确定打光照明方案的过程中,我们不一定必须使用相机, 通过人眼观察能得出基本判断。而如果使用相机,推荐使用面 阵相机。在进行选型前需要检测机械环境的兼容性。

    为了选择最佳的照明角度,可使用一个具有各个方向角度 发光的离散灯,然后进一步选择合适的光源种类和合适角度。 之后,如果捕捉到的图像中目标和背景相似,可以通过光源的 选择,如采用不同波长的单色光使目标和背景的对比度达到最 大化。

    消除照明干扰

    有时候为了检测图像的多个特征,可能会对每个特征采用 不同的光照设置。此时需要检测不同的光源对图像的影响。

    为了防止干扰,可以使用不同的相机检测同一个工件,通过 相机和光源的搭配获取工件不同部位的图像。如果允许分时拍摄, 我们可以采用光源和相机同步获取的方式,即只有拍照时才开启 电源照明,实现不同光源条件下采用同一个相机形成不同的效果。

    另一个解决方案是为相机提供不同颜色的照明,这个可通过 使用彩色光源,在相机前面加上与光源匹配的彩色滤光片的方式 实现。

    2.2.5机械设计

           在相机、镜头、工作距离和光源设备确定后,就可以定义机械环境了,为了装备相机和光源等视觉部件,可设计相应的调整机构。在安装阶段,相机和光源的位置通过调整机构灵活可调,但是一旦安装调试完毕,调整机构应该被固定紧锁。

           在某些环境下,为防止震动或冲击造成图像不稳定,可将主机台和视觉系统进行机械隔离,加装减震垫。同时,为了防止外部环境如灰尘、水汽等的干扰,有必要对视觉系统设置相应的隔离装置。

    2.2.6电气设置

    在整个设备的电气设计环境中需要注意电源供电条件、线缆条件等。

    ü  电源供电条件包括电压范围、负载能力,是否接地等

    ü  线缆条件需要考虑线缆长度、容许的弯曲半径

    下表列出了指定连接线能够有效传输的长度。对于一些数字总线,比如canera linkIEEE1394,传输长度常常依赖于带宽。

            

    线缆类型

    可传输长度

    Canera link

    10m

    IEEE1394

    4.5m

    GigE

    100m

    模拟

    大于15m

             在这几种线缆类型的具体使用时,若采用中继器或者光纤转接的方式,可以延长该距离。

    Tips:

    ü  电气传输中尤其需要注意接地,它能进行对相机,采集卡等器件进行保护。在很多时候,由于电源供电冲击或者外触发干扰,容易造成器件损坏;

    ü  在强磁场环境中使用时,需要追忆各种线缆走线过程中的屏蔽,对于相机甚至平台器件,抗电磁干扰性能尤其需要关注。

    ü  外触发信号的接入最好进行滤波,以防止杂散信号影响正常采集。

    2.2.7软件

           在软件设计方面,需要执行两个步骤:

    ü  软件库的选择

    ü  应用软件的设计和实现。

    软件库

    大多数情况下,开发者并不一定要编写所有的软件函数,而是可以直接使用包含图像处理算法的软件库或者程序包。

    我们在选择一个软件库时,需要考查三个方面的因素:

    ü  它所包含的功能全面性;

    ü  需要用到的关键算法与软件库的应用适应性;

    ü  软件库与成像硬件以及操作系统兼容。

    对于一些较复杂的项目,已有的算法不能够满足要求。此时,我们可以采用一个可供编程的程序包进行开发。由于它将包含更多的代码编写工作,并且需要重新组织软件架构,所以会更加复杂。

    如果用户想要进行更底层的算法设计、拥有更好的软件设计灵活性,可使用应用程序接口函数编程,它是一系列函数的组合,必须与应用软件结合起来。

    软件架构

    软件架构和算法最大程度上依赖于视觉项目的复杂性。大多数应用的图像处理流程遵循如下所示架构:

    从上图中可以看到基本流程如下:

    ü  从图像的连续采集开始,此时可能需要满足某些特定的需求,比如触发或者固定频闪等。

    ü  获取图像后,进行图像预处理,常见的预处理算法为滤波,比如均值滤波或者sharding校正。Shading校正是克服非均匀光照场景造成图像光照不均的重要方法。Shading校正可在相机内部进行或者软件中执行。预处理通常需要花费大量的计算时间,因此只有在必须情况下才会进行。

    ü  由于存在定位公差,需要定位特征区域。通过获取定位位置可以得到感兴趣区域。获取感兴趣区域后,我们只需要对部 分图像区域而不是整幅图像进行预处理操,从而可大大降低 计算时间;

    ü  特征提取:通过图像算法获取图像特征,基本的特征提取算法  Blob 分析、纹理分析、模式匹配或者边缘检测(通常与几 何匹配相结合);

    ü  将提取的特征进行分析,完成项目的需求:衡量测量结果,验 证提取结果,读取代码分析结果;

    ü  结果的生成。基于特征分析的结果,可对结果进行公差比较;

    ü  最后生成与外部设备能接口的相关配置文件或者参数,或者直 接控制外部设备进行相应的动作,如剔废,修补等。

    软件架构

    为了使用户对视觉系统的处理更为容易,软件必须覆盖以下需求:

    ü  所有相机的实时图像可视化;

    ü  可以存储图像;

    ü  维护模块。相机和光源一致性测试,图像对比度测试,相机标定等功能,软件需要包含上述功能,以便用户易于进行异常情况处理和设备维护;

    ü  生成记录系统状态日志文件。在程序运行过程中出现的系统状态和错误应当记录在log 文件中。软件的某些错误有时很难复现,在这种情况下,日志文件有助于分析原因;

    ü  详细的可视化图像处理。在用户界面中应当显示连续的处理步骤,这可以帮助分析处理的可靠性和找到故障原因;

    ü  用户界面对关键的处理参数的获取,比如阈值等,从而提供舒适的用户体验。

    2.3系统成本核算

    在启动项目之前,必须加以评估成本。它们可以被分为初始的开发成本和运作成本。开发成本费用包括以下:

    ü  项目管理;

    ü  基础设计;

    ü  硬件组装;

    ü  软件许可;

    ü  软件开发;

    ü  安装;

    ü  测试运行,可行性测试,验收测试;

    ü  训练;

    ü  文档。

    如果系统能形成批量化,之后一系列的系统花费将小于原 型机,此时不必进行基础设计,可行性测试和文档撰写等重复 性工作。

    至于运营成本,应当考虑以下费用项目:

    ü  维护,比如清洗光学系统;

    ü  设备改变,比如光源;

    ü  辅助设备,比如某些项目中所需要的电气或者空气压缩机;

    ü  由于产品变化而进行系统修改的成本。

    需要重点强调的是,软件开发成本是务必要考虑的项目。机 器视觉系统运行的效果依赖于软件环境的优良程度,因此完善的 软件是保障澳门永利国际系统稳定运行的重要因素。

    通常软件开发模式可选取以下两种:自行开发或基于视觉工具的定制开发。

    自行开发适合软件研发实力雄厚的个体,可从最底层按照自 身需求对软件进行完全定制化设计。但这样的开发模式往往在稳 定性和可承继性上存在隐患:新开发的软件环境需要经过大量的 验证才能保证其可稳定持续的工作,否则容易造成工期延误和资 金损失,而验证此项工作需要耗费大量的时间和人力;另一方面 就是一旦开发者不再负责此项工作,此软件系统就将处于无法升 级和维护的境况,可承继性不强。

    基于工具的开发是澳门永利国际解决方案提供商根据客户的实际 情况和需求,选择现有成熟完善的视觉工具为客户进行定制性的 软件开发。相比软硬件分立的模式,这种提供整套解决方案的模 式能使澳门永利国际系统硬件和软件配合更加良好,有经验丰富的专 业人员进行软件中算子的精确匹配、提供之后长期的软件维护和 升级,优势非常明显。

    此外,现场调试成本也是不可忽视的成本之一。

    尤其是缺陷检测类的项目,由于不能预知被测物缺陷出现的 位置和特点,在调试测试阶段,通常需要对大批量的被测物实物 进行拍摄和统计才能最终确定,之后再根据所得结果对软件设计 进行不断调整。针对此类项目,有经验的工程师从开始就会进行 目的明确的样本搜集,及时地进行被测物特征统计并对软件做调 整,大大缩短调试时间。

     

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