机器视觉实验平台的设计与实现
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halcon机器视觉试验平台设计方案与研究报告一晃十年,机器视觉领域的发展真是日新月异。
今天,我就来给大家分享一下关于halcon机器视觉试验平台的设计方案和研究报告。
准备好了吗?那就开始吧!咱们得明确一下halcon机器视觉试验平台的目的。
这个平台主要是为了帮助工程师和技术人员更好地了解和掌握halcon机器视觉软件的各项功能,提高视觉算法的研发效率。
咱们就一步一步地展开设计方案。
1.平台架构设计高性能处理器:为了保证视觉处理速度,我们选择了IntelCorei7处理器。
大容量内存:视觉处理过程中,内存容量至关重要。
我们选择了16GB内存。
高速存储:为了提高数据处理速度,我们选择了SSD硬盘。
多接口扩展:为了连接各种相机和传感器,我们选择了具备多个USB和GPIO接口的主板。
2.软件系统设计我们来看看软件系统。
这里主要包括两部分:操作系统和halcon 机器视觉软件。
操作系统:为了保证软件的稳定运行,我们选择了Windows10操作系统。
Halcon机器视觉软件:这是我们平台的重点。
我们需要对halcon 软件进行详细的研究,了解其各项功能,以便在试验平台中发挥最大作用。
3.视觉算法研究图像预处理:包括图像滤波、去噪、边缘检测等。
特征提取:包括角点检测、边缘提取、形状描述等。
目标识别:包括模板匹配、形状匹配、颜色识别等。
目标定位:包括单目标定位、多目标定位、姿态估计等。
4.实验方案设计图像预处理实验:研究不同滤波算法对图像去噪效果的影响。
特征提取实验:研究不同特征提取算法对目标识别和定位精度的影响。
目标识别实验:研究不同模板匹配算法对目标识别速度和精度的影响。
目标定位实验:研究不同定位算法对目标定位精度和速度的影响。
5.数据分析与优化性能分析:分析不同算法在处理速度、内存占用等方面的表现。
精度分析:分析不同算法在目标识别、定位等方面的精度。
稳定性分析:分析算法在长时间运行过程中的稳定性。
掌握halcon机器视觉软件的各项功能,为后续项目打下基础。
基于机器视觉的自动物理实验系统设计与开发随着科技的发展和人们对高效便捷实验的需求不断增加,基于机器视觉的自动物理实验系统逐渐引起了人们的关注。
这种系统利用计算机视觉技术和机器人控制技术,实现了对物理实验过程的自动化操作和数据采集,为教育和科研工作者提供了一个新的实验平台。
本文将介绍基于机器视觉的自动物理实验系统的设计与开发。
1. 系统需求分析与功能设计在设计和开发基于机器视觉的自动物理实验系统之前,我们首先需要进行系统需求分析和功能设计。
根据用户的需求和实验要求,我们可以确定系统应具备的功能和性能指标。
例如,系统应能够自动识别和定位实验器材、测量物体的运动轨迹和速度、记录实验数据等等。
在功能设计的基础上,我们还需考虑系统的稳定性和可扩展性,以满足不同实验场景的需求。
2. 硬件平台选择与搭建基于机器视觉的自动物理实验系统的核心设备是计算机、摄像头和机器人。
在选择硬件平台时,我们需要考虑计算机的计算能力、摄像头的分辨率和帧率、机器人的精度和运动范围等因素。
根据实验要求和预算限制,我们可以选用具备较高性能和稳定性的硬件设备。
在搭建硬件平台时,我们需要合理安装和连接各设备,并保证其正常工作。
3. 软件开发与图像处理算法实现基于机器视觉的自动物理实验系统的软件开发主要包括图像处理算法的实现和系统控制程序的编写。
图像处理算法用于实现对实验过程中的图像数据进行处理和分析,例如运动目标的跟踪、目标轨迹的提取和参数计算等。
在选择图像处理算法时,我们需结合实验要求和计算资源的限制进行合理选择。
系统控制程序的编写则是为了实现对硬件设备的控制和数据采集,并能够与图像处理算法进行协同工作。
4. 实验验证与系统优化在完成系统的设计和开发之后,我们需要进行实验验证和系统优化,以确保系统能够正常工作并满足实验要求。
实验验证过程中,我们可以进行一系列物理实验,例如小球的自由落体、弹簧振子的周期测量等。
通过对实验结果和系统性能的比对和分析,可以判断系统的准确性和稳定性,并对系统进行进一步优化和改进。
机器视觉实训室建设方案1. 简介随着人工智能和机器学习的快速发展,机器视觉成为了一个重要的研究领域。
为了培养学生对机器视觉的理论和实践能力,建设一个合适的机器视觉实训室是必要和关键的。
本文将提出一个机器视觉实训室建设方案,包括硬件设备、软件工具和实训课程的设计。
2. 硬件设备2.1 电脑及计算平台机器视觉需要大量的计算资源,因此实训室应配备高性能的电脑和计算平台。
建议使用配备高性能CPU、大内存和强大显卡的台式机作为主要的计算平台。
同时,还需要考虑提供一些高性能服务器,用于分布式计算和处理大规模数据。
2.2 摄像设备实训室应配备多种类型的摄像设备,以便学生能够学习和实践不同场景和技术的机器视觉应用。
建议配备常见的USB摄像头、网络摄像头和高性能的工业相机等。
2.3 辅助设备除了电脑和摄像设备外,还需要一些辅助设备来支持实训活动。
例如,光源设备、标定板、图像采集卡等。
这些设备将为学生提供更多的实践机会,并帮助他们更好地理解机器视觉的原理和应用。
3. 软件工具3.1 开发环境为了方便学生进行机器视觉的开发和实验,实训室应提供适用的开发环境。
建议使用常见的集成开发环境(IDE),例如Python中的Anaconda、PyCharm等等。
这些开发环境不仅提供了方便的编辑和调试功能,还集成了许多机器学习和图像处理库。
3.2 机器学习工具在机器视觉实训中,机器学习是一个重要的内容。
实训室应提供一些常见的机器学习框架和库,例如TensorFlow、PyTorch和Scikit-learn等。
学生可以通过这些工具来开展机器学习算法的实验和研究。
3.3 图像处理工具图像处理是机器视觉的核心技术之一。
实训室应提供一些图像处理工具,例如OpenCV和PIL等,以方便学生进行图像处理算法的实验和调试。
4. 实训课程设计4.1 基础知识讲解实训课程应该以基础知识的讲解为起点。
包括机器视觉的基本概念、图像处理和机器学习的基础知识等。
机器视觉检测系统的设计与实现第一章:引言在现代工业生产、智能家居、医疗诊断等领域,机器视觉技术已经被广泛应用,而机器视觉检测系统是机器视觉技术的重要应用之一。
机器视觉检测系统可以自动地完成产品的质量检测、生产线的监测等任务,提高了生产效率和质量。
本文将介绍机器视觉检测系统的设计和实现,包括系统的整体架构、硬件的选型和配置、图像处理算法的设计和程序的编写等方面。
第二章:系统架构设计机器视觉检测系统的整体架构包括硬件平台和软件平台两个方面。
硬件平台主要包括图像采集设备、图像预处理设备、图像处理设备和输出设备等。
软件平台主要包括图像处理算法库和应用软件等。
2.1 硬件平台设计在图像采集设备的选型方面,应根据需要选择合适的摄像头和镜头。
摄像头的选型应考虑分辨率、色彩度、帧速率等因素,而镜头的选型则应根据需要进行适当的定焦或变焦选择。
在图像预处理设备的选型方面,可以采用FPGA或DSP等开发板进行图像预处理。
在图像处理设备的选型方面,可以采用PC或嵌入式系统进行图像处理。
在输出设备的选型方面,根据需要选择合适的显示屏或投影仪等。
2.2 软件平台设计图像处理算法库是机器视觉检测系统的核心,它提供了图像分割、目标检测、特征提取、分类识别等关键算法。
常用的图像处理算法包括Canny算子、Sobel算子、边缘检测、形态学运算、颜色特征提取、纹理特征提取、人脸检测等。
应用软件方面,可以采用Visual Basic、C++、Python等语言进行编写,实现图像处理算法的集成和控制。
第三章:图像处理算法的设计图像处理算法是机器视觉检测系统的核心技术之一,需要根据具体的应用场景进行设计优化。
本章将介绍几种常用的图像处理算法。
3.1 边缘检测算法边缘检测是图像处理中最重要的操作之一,作为图像预处理及特征提取的首要工作之一,在很多应用场景中都有着重要的地位。
边缘检测目的是精确定位物体边缘位置,在机器视觉检测系统中是非常关键的一项操作。
基于HALCON的机器视觉系统的研究和实现摘要近年来,机器视觉系统以其高效率、高可靠、低成本的特点在国外取得了广泛的使用。
机器视觉系统适用于众多领域,例如工业自动化、医药业、制造业、农业等,弥补了人类视觉的很多不足。
本文采用德国MVTec公司的专业机器视觉软件HALCON来开发机器视觉系统,提出了相关机器视觉实现方法,并且在机器视觉实验平台上完成了一个弹簧片检测任务。
目前关注较多的是机器视觉系统的硬件部分,而机器视觉软件部分关注较少,一个先进的机器视觉系统除了具有高性能的硬件外,还需要有高性能的软件,虽然说许多常见的开发软件例如Mircosoft的Visual Studio、NI的LabWindows\CVI 等等都可以开发机器视觉系统,但是开发周期比较长,针对性较弱,程序的复杂程度较高。
而采用HALCON作为机器视觉和图像处理核心软件,不仅大大缩短了开发周期,降低了开发难度,而且可以参考HALCON提供的众多机器视觉和图像处理例程来针对具体的任务做具体开发。
文章的第一章研究了机器视觉系统的组成、使用现状和发展,并且对机器视觉软件HALCON做了概述。
第二章根据相关要求,选择合适的硬件单元,设计和搭建了VS-ZM1200机器视觉实验平台。
第三章研究了机器视觉中常用的一些图像处理技术,重点讨论了在弹簧片检测任务中所采用的图像处理技术和算法,如图像的增强,分割,边缘检测等。
第四章研究了机器视觉软件,重点研究了HALCON,并且对在Visual C++开发环境下如何使用HALCON编写的程序做了讨论。
第五章介绍了在VS-ZM1200机器视觉实验平台上,使用HALCON和Visual C++开发的一套弹簧片检测系统,该系统完成关于弹簧片的尺寸参数测量和外观参数判别的任务。
第一章:绪论1.1机器视觉概述人类在征服自然、改造自然和推动社会进步的过程中,为了克服自身能力、能量的局限性,发明和创造了许多机器来辅助或代替人类完成任务。
机器视觉系统的设计与实现第一章:绪论机器视觉系统是一种基于计算机视觉技术实现的智能化系统,可以识别、分类、追踪和分析图像或视频中的信息。
随着计算机视觉技术的不断发展,机器视觉系统已经广泛应用于自动化生产线、安防监控、智能交通等领域,成为现代工业自动化和智能化的重要组成部分。
本文将对机器视觉系统的设计与实现进行详细介绍,包括系统硬件组成、图像采集与处理、算法选择与优化等内容。
通过深入分析和实验验证,本文旨在提出一种高效、稳定、实用的机器视觉系统实现方案,为相关领域的工程师和研究者提供参考和借鉴。
第二章:机器视觉系统框架设计机器视觉系统的框架设计是整个系统的核心,它决定了系统的性能、功能和应用范围。
一般而言,机器视觉系统框架可以分为以下几个主要组成部分:1. 图像采集与处理模块:该模块主要负责采集图像或视频数据,并对数据进行处理和优化,以提高图像质量和系统稳定性。
2. 物体检测与识别模块:该模块主要负责通过算法实现物体检测、分类和识别等功能,以实现对图像或视频中目标物体的自动化识别和追踪。
3. 数据储存和管理模块:该模块主要负责对采集和处理后的数据进行存储和管理,以支持后续的数据分析和应用开发。
4. 人机交互模块:该模块主要负责系统界面设计和用户交互相关工作,以实现人机交互的友好性和可扩展性。
基于这样的框架设计方案,可以实现基本的机器视觉功能,并为后续功能优化和应用拓展提供基础支持。
第三章:系统硬件组成机器视觉系统的硬件组成是整个系统的基础,它决定了系统的性能、响应速度和数据处理能力。
一般而言,机器视觉系统硬件组成包括以下几个主要部分:1. 图像采集设备:一般采用CCD或CMOS摄像头,可以输出标准的数字视频信号或图像,以进行后续的处理和分析。
2. 数据采集卡或接口:一般采用PCI或USB等接口,可以将图像采集设备输出的数字信号或图像传输到计算机系统中,实现数据的实时处理和优化。
3. 计算机系统:一般采用高性能的工控机或服务器,以保证系统的稳定性和响应速度。
机器视觉教学实验开发平台VS1200机器视觉教学实验平台VS1200,专门针对大学和研究机构开展机器视觉教学和研究,提供包括图像测量、检测、定位、跟踪识别等多个图像处理库函数,功能强大,可覆盖工业生产、机器视觉、智能交通、航空航天等众多图像处理应用领域。
本机器视觉图像处理教学实验开发平台可利用其提供的大量图像处理和机器视觉算法进行二次开发,无需复杂编程,就可搭建自己的机器视觉检测系统,解决现代工业产品生产过程中涉及的各种各样视觉问题。
实验平台结构开放,提供扩展接口,也可添加自己的图像处理优异算法。
本开发平台提供多种图像处理实验,如图象分割、图象融合、机器学习、模式识别、图象测量、图象处理、模式识别和人工智能、三维测量、双目立体视觉等实验,培养学生对机器视觉知识的深入理解和掌握,锻炼学生的研究能力,创新思维以及独立解决技术难题的能力。
还可提供大量机器视觉项目应用案例做为实验,为研究和学习提供了方便,通过实验操作,可学习到建立视觉应用系统所需的各种硬件、方法及图像处理技术,同时也对工业自动生产线的产品视觉检测、判定模拟过程有了深入的了解和掌握。
作为一套完整的机器视觉教学实验开发平台,使用者可利用其配套的工业相机、LED 光源、工业镜头、支架、算法软件等搭建自己的视觉处理系统原型,了解图像采集设备等配件的应用和选型,轻松设计、印证和评估自己的视觉系统,特别适合于大学和研究机构开展机器视觉教学和科研工作。
机器视觉教学实验平台技术说明一、实验装置硬件技术说明1. 任意工件的图像动态采集;2. USB动态图像采集接口,百万像素高分辨率;3. 被采集物体图像大小、视场角、物距、焦距可调;4. 强抗干扰白色环形前光源;5. 高低速模拟圆形转盘可调;6. 外触发定点图像采集。
二、实验装置软件性能说明1. 具有脚本程序组态功能,提供好几百个库函数;2. 具有视频显示、代码编辑、结果显示、参数设置四个组态界面窗口;3. 具有工业检测虚拟仪器界面组态功能,包括画线、按钮、显示屏等;4. 具有与VC++语言的接口功能;三、机器视觉教学实验平台硬件配置说明序号产品名称型号数量单位备注1 铝合金视觉教学实验平台VS1200 1 套2 电动控制调速旋转平台MV-ER200 1 套内置3 工业数字相机 MV-1300UC 1 台4 高清工业镜头 2514MP 1 个5 机器视觉LED光源BR100W 1 个6 可调亮度光源控制器 BR100W 1 个内置7 嵌入式计算机MV-VS800U 1 个内置8 光源固定支架 MV-BR20 1 套9 平台立杆 MV-BR303 1 个10 立杆转换块 MV-BR20 1 个11 微调升降架 MV-BR304 2 根可叠加12 触发传感器 1 个内置13 高级实验设备仪器箱 MV-EB1200 1 台配套提供以下部分:1、配套VS1200机器视觉实验平台的教育部教学指导委员会规划教材《机器视觉技术及应用》,由高等教育出版社2009年12月出版,西安交通大学韩九强教授主编。
设计与应用・250・计算机测量与控制.2020. 28 ( 3)Computer Measurement & Control文章编号:1671 - 4598(2020)03 - 0250 -05DOI : 10. 16526/j. cnki. 11 — 4762/tp. 2020. 03. 052 中图分类号:TP311文献标识码:A基于Python 的机器视觉实验教学平台设计韩志豪】,刘晓英2(1-浙江国际海运职业技术学院,浙江 舟山316000;2.浙江大学舟山海洋研究中心,浙江舟山316000)摘要:针对机器视觉领域的学习内容抽象、难以理解、相关的实验教学产品不足这些问题&基于Python 语言&采用开源的opencv —python 图像处理库与TensorFlow 机器学习框架&提出构建机器视觉实验教学平台;该系统涵盖机器视觉的经典方法&主要包括向量机、K 临近图像分类&神经网络、卷积神经网络目标识别&基于经典方法融合常用函数&对系统分模块设计;经过测试&该系统具有较好的交互性与可扩展性&可以适应机器视觉的实验要求&训练数据、样本测试数据导入灵活&机器视觉参数 优化、代码迭代方便&并且能够编译生成-exe 可执行文件&辅助学生学习机器视觉技术的真实应用场景&提高学生实践解决问 题能力和创新能力%关键词:Python ;实验平台;机器视觉Design of Machine Vision Experiment Teaching Platform Based on PythonHan Zhihao 1 & Liu Xiaoying 2(1. Zhejiang International Maritime College, Zhoushan 316000, China ;2. Ocean Research Center of Zhoushan, Zhejiang University , Zhoushan 316000, China)Abstract : The learning content in the field of machine vision is abstract and difficult to understand , The related experimentalteaching products are insufficient , Based on the Python language , the open —source openCV —python image processing library and the TensorFlow machine learning framewor7are used to construct a machine vision experimental teaching platform.The system coverstheclassicalmethodsofmachinevision ,includingvector machine ,K proximity image classification ,neural networ7,convolutional neural network target recognition , fusion of commonly used functions based on classical methods , and system sub — module design.After testing, the system has good interactivity and scalability, can adapt to the experimental requirements of machine vision, training data, sample test data import flexibility, machine vision parameter optimization, code iteration is convenient, and can compile andgenerate.exeexe5utable.Thedo5umentassistsstudentsinlearningtherealappli5ations5enariosofma5hinevisionte5hnologyand improving students' ability to solve problems and innovate.Keywords : Python ; experimental platform ; machine visiono 引言根据世界编程语言排行TIOBE 统计,Python 荣获“2018年度编程语言”称号%在统计领域、人工智能编程领 域、脚本编写方面、系统测试方面,Python 均排名第一, 另外还在Web 编程与科学计算方面也处于领先地位。
基于halcon的机器视觉试验平台的设计与研究目录一、内容概括 (2)1.1 背景与意义 (3)1.2 国内外研究现状 (4)1.3 研究内容与方法 (5)二、HALCON机器视觉基础 (6)三、试验平台需求分析 (8)3.1 功能需求 (9)3.2 性能需求 (10)3.3 可靠性与稳定性需求 (11)四、试验平台架构设计 (12)4.1 系统总体架构 (14)4.2 硬件架构设计 (15)4.3 软件架构设计 (16)五、硬件选型与配置 (18)5.1 高性能摄像头 (19)5.2 图像处理单元 (20)5.3 传感器与执行器 (21)5.4 电源与接口模块 (23)六、软件设计与实现 (24)6.1 HALCON软件平台选择 (26)6.2 核心算法库构建 (26)6.3 机器视觉算法集成 (28)6.4 用户界面设计 (29)七、系统测试与验证 (30)7.1 测试环境搭建 (32)7.2 测试方法与步骤 (33)7.3 测试结果分析 (34)7.4 性能评估与优化 (36)八、结论与展望 (37)8.1 研究成果总结 (38)8.2 存在问题与不足 (40)8.3 后续研究方向与展望 (41)一、内容概括引言:简述机器视觉技术在工业领域的应用现状与发展趋势,以及开展基于Halcon的机器视觉试验平台的重要性和意义。
平台设计目标:阐述试验平台设计的总体目标,包括提高机器视觉技术的研发效率、降低研发成本、促进科技成果转化等。
平台架构设计:详细介绍试验平台的硬件架构和软件架构,包括硬件设备选型、图像采集与处理模块、算法开发环境等。
Halcon软件应用:探讨如何在试验平台中有效运用Halcon机器视觉软件,包括图像处理、特征提取、目标识别与定位等功能模块的应用。
试验内容与案例分析:列举典型的机器视觉试验内容,通过实际案例展示试验平台的设计效果及性能评估。
平台优化与改进方向:分析当前试验平台的不足之处,提出优化建议和改进措施,包括算法优化、硬件升级等方面。
机器视觉实验平台设计与搭建机器视觉实验平台设计与搭建设计和搭建机器视觉实验平台可以帮助我们更好地理解和应用机器视觉技术。
以下是一个逐步思考的步骤,以指导我们如何设计和搭建这样一个平台。
1.明确需求:首先,我们需要明确我们设计和搭建机器视觉实验平台的目的和使用场景。
是为了学术研究还是为了应用开发?我们希望平台能够做到哪些功能,例如图像采集、图像处理、目标检测等。
2.选择硬件设备:根据需求,我们需要选择适合的硬件设备来搭建实验平台。
常见的硬件设备包括摄像头、处理器、存储器等。
我们需要根据平台的功能需求和预算来选择适合的硬件设备。
3.安装和配置操作系统:在硬件设备准备好之后,我们需要安装和配置适合的操作系统。
常见的操作系统包括Linux、Windows等。
选择操作系统时,我们需要考虑平台的兼容性和稳定性。
4.安装机器视觉库和工具:接下来,我们需要安装机器视觉库和工具,例如OpenCV、TensorFlow等。
这些库和工具可以帮助我们进行图像处理和机器学习算法的开发。
在安装过程中,我们需要确保这些库和工具的版本兼容性。
5.连接和配置硬件设备:将摄像头等硬件设备连接到计算机,并进行相应的配置。
我们需要确保设备驱动程序正确安装,并进行相应的设置,例如图像分辨率、帧率等。
6.开发和调试算法:接下来,我们可以开始开发和调试机器视觉算法。
根据需求,我们可以使用图像采集功能获取图像数据,然后利用图像处理和机器学习算法进行目标检测、图像识别等任务。
7.优化和性能测试:在算法开发和调试完成后,我们可以进行优化和性能测试。
通过优化算法、调整参数等方式,提高算法的准确性和性能。
同时,我们也可以进行性能测试,评估平台的处理速度和资源利用率。
8.文档和分享:最后,我们可以编写相应的文档,将我们设计和搭建机器视觉实验平台的经验和成果分享给其他人。
这有助于促进学术交流和技术进步。
通过以上步骤,我们可以逐步设计和搭建一个功能完善的机器视觉实验平台。
机器视觉实验室建设目标一、引言随着人工智能技术的快速发展和应用,机器视觉作为其中重要的分支之一,正逐渐成为各个领域的研究热点。
机器视觉实验室作为开展相关研究的重要场所,其建设目标直接关系到实验室的发展和成果的产出。
本文将从以下几个方面介绍机器视觉实验室的建设目标。
二、研究方向机器视觉实验室建设的首要目标是明确研究方向。
机器视觉涉及诸多领域,如目标检测与识别、图像分割与理解、图像处理与增强等。
实验室应根据自身实力和资源优势,选择适合的研究方向,以便在该领域取得突破性的成果。
三、人才培养机器视觉实验室的建设目标之一是培养和吸引优秀的研究人员。
这包括招聘有相关研究经验和专业背景的博士后、博士生和硕士生,以及提供良好的研究环境和培训机会,培养他们具备独立开展研究工作的能力。
四、设备和实验平台建设机器视觉实验室建设的目标之一是拥有先进的实验设备和高效的实验平台。
这包括高性能的计算机集群、大容量的存储设备、高分辨率的图像采集设备等。
同时,还需要建立完善的实验流程和实验数据管理系统,以提高实验效率和数据管理的可靠性。
五、合作与交流机器视觉实验室的另一个重要目标是加强与国内外相关研究机构和企业的合作与交流。
这有助于实验室获取更多的研究资源和技术支持,提高研究水平和国际影响力。
合作与交流可以通过学术会议、论坛和合作项目等形式进行,建立起稳定而广泛的合作网络。
六、科研成果转化机器视觉实验室的建设目标之一是将科研成果转化为实际应用,并推动技术产业化。
这需要实验室与产业界的深度合作,共同探索技术的商业化路径,将研究成果转化为具有市场竞争力的产品和解决方案。
这不仅可以为实验室带来经济收益,也能够推动相关行业的发展。
七、社会服务机器视觉实验室的建设目标还包括为社会提供相关的技术服务和解决方案。
实验室可以与政府部门、企事业单位合作,开展智能监控、图像识别等领域的应用研究和技术咨询服务,为社会经济发展和公共安全提供支持。
八、创新与创业机器视觉实验室的建设目标之一是培养创新与创业能力。
机器视觉系统的设计与实现随着科技的不断进步,机器视觉系统逐渐成为了该领域一个非常重要的部分。
机器视觉系统是指利用计算机来模拟人类视觉系统的功能,从而对图像、视频等进行处理或者识别。
它可以广泛应用在制造业、交通运输、医学、安防等领域。
机器视觉系统的设计与实现主要是分为三个步骤:获取图像信息、处理图像信息、输出处理结果。
获取图像信息在机器视觉系统中,获取图像是非常关键的一步。
获取方式有很多种,主要包括采集、传感器、摄像头、图像搜索引擎等。
其中,采集图像是指通过相机等设备将真实环境中的图像进行采集,传感器是指使用机器传感器等设备获取图像信息,摄像头是指通过摄像头采集图像信息,而图像搜索引擎则是通过搜索引擎等算法来获取图像信息。
图像信息获取完后,需要进行图像预处理。
图像预处理是指通过图像处理算法,对输入的图像进行处理,以便于下一步的图像处理。
处理图像信息处理图像信息是机器视觉系统的核心。
它主要包括图像分类、特征提取等步骤,这些步骤主要是使用机器学习等算法来实现。
其中,图像分类是指将接收到的图像进行分类,识别出图像中的物体,而特征提取则是指提取图像中的一些重要的信息,例如角度、形状等。
它们的目的都是为了方便对图像进行更进一步的处理。
输出处理结果在处理了图像信息后,最终需要输出处理结果。
输出处理结果的方式有很多种,其中包括输出图像、输出文字、输出声音等。
这要根据具体的应用场景和需要进行选择。
机器视觉系统的实现需要使用一系列的技术和算法。
其中,机器学习、数字图像处理算法、计算机视觉算法等是比较重要的一些技术。
另外,硬件设备也非常关键。
摄像头、传感器等设备需要质量稳定,能准确快速地获取图像信息。
计算机的处理性能也需要足够强大,以便能够高效地进行图像处理。
在实现机器视觉系统的过程中,设计人员需要具备一定的知识和技能。
他们需要熟悉图像处理算法、机器学习算法等技术,同时也需要熟练掌握计算机语言,如C++、Python等。
3rd International Conference on Materials Engineering, Manufacturing Technology and Control (ICMEMTC 2016)Research on Machine Vision Detection Experiment Platformfor Industry ProductsPeng Ye1,Xingyu Gao 2,a,*1College of Electronic Engineering and Automation, Guilin University of Electronic Technology,Guilin 541004,China;2College of Electromechanical Engineering, Guilin University of Electronic Technology, Guilin541004,China.a,*****************.cnKeywords: Parts inspection,Machine vision detection,Focusing evaluation functionAbstract. Key technologies of machine vision detection system for the industrial part are investigated and an intact set of high-speed detection system is developed. On the basis of introducing the entire design of machine vision platform, analyzing the software and hardware structure and fundamental principles of control units, this paper proposes that variance function shall be adopted for coarse tuning and the search algorithm of Roberts gradient sum function shall be adopted for fine tuning. The experimental results show that it only takes 3.246 second for this system to collect images, which meets the requirement of real-time online detection.This system is feasible for the detection experiments of industrial products.IntroductionDuring the mass production process of industrial parts, in order to ensure the quality of finished parts and improve the productivity, it is necessary to detect 100%products online[1].However, due to the diversification of industrial parts[2], their detecting requirements are different and the detecting process has become increasingly difficult.The traditional manual detection is not only time- and effort-consuming but also cannot guarantee the accuracy and speed of detection[3].Machine vision detection technology has the advantages of non-contact, high precision, high speed, automation and intelligence[4], and is easy to be integrated with design and process control information, which will satisfy the needs of parts detection.Therefore, developing high-speed and universal machine vision detection system with self-owned intellectual property is of great theoretical significance and of high value of application.In this paper, we demonstrate a general machine vision detection platform, which consists of a camera with high performance lens, a light source that can change the illumination modes, a conveyer belt that takes the parts to the detection position, and a computer to control all the moving parts and process the digital images. The automatic focusing is realized by the motor that controlled by images blur function. A detection experiment is carried out which testifies the detection ability of this platform.Schematic design of the general machine vision detection platformIn this paper, the design of machine vision platform is a common type of multi-function visual inspection laboratory equipment. As shown in figure 1,when tested items moving through the conveyor belt into the detection area, the laser sensor is triggered. When laser sensor receives the signal of the part in position, a feedback signal is sent to the PC. The PC sends an image collection signal, which orders the CCD camera to capture the image of the part. The image is transferred to the memory of the PC. Using image processing algorithm, the image is analyzed by the blur function to judge whether the part locates on the object plane of the lens. If not, the Z axis motor drives the camera to move up or down to find another plane. The above steps carries out again and again, until the best object plane is found. Then the auto-focusing process is finished. After that,the image process algorithm detects the defects of the parts. If no defect found, then this part is qualified. If any defects found, this part is un-qualified which will be selected out from the product line by the pneumatic clamping hand[5]. On the whole system platform, the parameters of the camera and lens, the light source and the sensor are selected according to the detecting requirements of the tested object, which realizes the multi-function general on-line detection.Fig.1 Overallstructure block diagramThe hardware designAs shown in figure 2, the machine vision detection platform is divided into image acquisition system, control system and screening system. The image acquisition system is composed of an industrial camera, a lens, a light source and the image processing equipment. Industrial camera uses the commercial MV-EM500M camera, with the CCDtarget surface size of 1/2.5 ", a resolution of 2592×1944, and a pixel size of 2.2×2.2um. A telecentric lens with a field of view 200 mm is used. The lens is installed on the perpendicular to the sliding table at the bottom of the module, overlooking the platform and through the step motor to adjust operation. The illumination light source is an adjustable LED strip light, which can provide the oblique and uniform illumination for the objects from any angle. The computer deals with the image data after the corresponding instructions sent to the control system.The control system mainly includes the lens focus motor, transmission platform, laser sensor, light source and filter system control. The working mode of the control system is based on PC and the micro controller. The PC controls the program editing, user interface management, etc. Micro controller is used to manage the subroutine, and is responsible for motion control of manipulator and logic control, allows users to develop and expand, and has upper and lower two levels of openness.Center control unit uses the STM32f103RCT6 [6] as the main control chip, which is a 32 bit microprocessor and has great power consumption control with a number of peripherals based on ARM kernel architecture M3. The MCU working frequency is 72 MHz, working voltage is 2.0 ~ 3.6 V with seven 16-bit timer, has 2 ADC 13 communication interfaces, can Support USART, SPI, CAN, USB and other communication interfaces, also can realize infrared, CAN bus, GPRS and other data transmission, which meets the functional requirements. The chip hardware has single cycle of the multiplier, which greatly improves the operation speed. Its code density saves 30% ~ 45% than the ordinary 32-bit MCU, 50% than 16-bit single chip province.Fig.2 Control system structure Fig. 3 Stepper motor drives The lens focusing and screening system uses the 57 series and 84 series of stepper motor [7]. As shown in figure 3, the system drive is a 2HSS86H closed-loop stepper motor drive. 2HSS86H hybrids stepping servo drive system mix the servo control system in digital stepper driver.Product uses the classic three-loop control method (position loop, speed loop and current loop), it compatibles with the characteristics of the step motor and servo motor. The drive has a light isolation fault alarm output interface ALM, with nearly 100% of the torque output. Segment set range is 2-256, manually dial the code segment for 800-40000.The software designBecause the machine vision detection equipment is an online detection system, the test time must keep synchronization with high-speed production line. The key of the synchronization technology is how image acquisition system and screening system effectively running at a high speed. When the tested parts are transferred through the conveyor belt to the image acquisition position, the laser sensor sends a feedback signal to the center control unit, which command the camera to capture an image. Because this system is suitable for a variety kinds of parts, for the first time of detection of each kind of parts, it is necessary to carry on the automatic focusing. So that to make the collected images reach the most clear level, and improves the filtering accuracy.Recent years, many kinds of focusing function have been put forward[8], but each focusing function only has a good effect for one or several kinds of image. The Variance function is suitable for a wide range of rough focusing because of its larger focusing range.The Roberts gradient sum function is suitable for small range of automatic focus, which has good stability and high sensitivity near the focus location.The traditional single times full image search algorithm[9] can't satisfy the requirements of this system because of the waste of time. The auto-focusing algorithm for the combination of coarse tuning and fine-tuning are designed based on the characteristics of Roberts gradient function and Variance function. First, the step motor runs from the initial position with a large step, the camera record the images of each step. The Variance function calculates the current definition fn. The definition of the last step is compared with that of the previous step. This process continues until 2 times less happened. At this time, the maximum resolution is found out, and the camera quickly transferred to the maximum corresponding position, which means the coarse adjustment is completed.The stepper motor runs forward with smaller step from the current position. The current definition g1 is calculated by the Roberts gradient sum function definition. If sharpness value increases after the definition of value compared with the previous definition of the collection value, motor should continue running to be the same direction. If definition value decreases, the motor should run back. At this point motor sets the step length to 0.5 times of the last step. When motor finds the peak, the step decrease to half. This process continues until the definition within thethreshold value, then the auto-focusing completes. The program flow chat is shown in Fig.4.Fig.4 Flow chart of auto-focusing algorithmFig.5 Overall software flowThe software of the industrial parts general testing platform based on machine vision includes parameter settings, image acquisition and image processing part. The system initialization includes the configuration of the STM32 USART, internal clock, interrupt and buttons. After the initialization, tested items are transferred into the detection area by the conveyor belt, and the Roberts gradient sum and Variance function are adopted to improve the initial focus. The lens goes to the appropriate position for image acquisition. The median filtering and binary segmentation[10] is used for image pre-processing. With the appropriate binary image segmentation, a clear image can be characterized. Then the target area is extracted to determine whether the part meets the setting conditions. If the condition is achieved, the accumulator automatically accumulate; if not, the pneumatic gripping hand holds the part to the specified folder defective area. The overall software flow is shown in Fig.5.The experiment and analysisIn order to validate this system, two experiments are carried out. One is the image auto-focusing experiment, and the other is the machine running experiment.Fig.6Focusing curves for different algorithmsIn the image auto-focusing experiment, the hybrid algorithm of the Roberts gradient sum function and Variance function is applied to the same image of the detected target. In this experiment, each step of the step motor is set to 0.0125mm. In Fig.6, the focusing results with different algorithms are present. The x coordinate is the focusing time with unit second. The y coordinate is the definition of the image f(k). Fig.6(a) and (b) are the focusing results with single step running mode. It is seen from the curves that the Roberts gradient sum function and the Variance function both show smooth curves, only one extreme definition value, and almost the same running time. The sensitivity of the Variance function is greater than that of the Roberts gradient sum function, which is suitable for coarse tuning. The Roberts gradient and function has greater sensitivity near the focus, so it is suitable for fine-tuning. Fig.6(c) and (d) show the focusing results of both coarse and fine tune using the Roberts gradient sum function and Variance function, respectively. Fig.6(e) shows the results that the coarse adjustment adopts Variance function and fine tuning adopts the Roberts gradient single-step operation function. Fig.6(f) shows the results that coarse adjustment adopts Variance function and fine tuning adopts the Roberts gradient half step operation function. It can be seen from the curves that the Variance function greatly shortens the time of searching for peak area, and Roberts gradient sum function accurately find the adjustable focus in this area. On the whole, the combination of two kinds of function focusing algorithm greatly shortened the time focusing.In the machine running experiment, first the system is initialized. The parts are placed on the conveyor belt for the first detection auto-focusing system after setting up the hardware and software parameters. When the lens position is fixed, and the same part is imaged 10 times, the time referred to as a single detection when the parts enter the check delivery platform to leave time to check delivery platform, as shown in table 1. The average of the industrial components testing time is 3.246s, it can satisfy the requirement of real-time online detection. Fig.7(a), (b) and (c) are the focusing process images from the blur to clear process. Fig7(d) is a system software interface.Table 1 Testing timeNumber 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Time/s 2.25 2.24 2.26 2.23 2.23 2.27 2.25 2.26 2.24 2.23Average/s 2.246(a) (b) (c) (d)Fig.7 Experimental images and software interfaceSummaryThis paper presents the research on key technologies of the machine vision detection system. A high-speed detection system is developed, including the hardware configuration and software algorithms. The auto-focusing experiment and machine testing experiment are carried out to validate this detection system. In the image acquisition phase, the focusing algorithm combining variance function applying to coarse tuning and Roberts gradient sum function applying to fine tuning is proposed, which greatly reduces the time for collecting images. Experimental results show that the proposed optimization algorithm improves the detection efficiency, the machine detects running well. In the future, the following development will focus on the better performance of the system, and the application on real industrial products.Reference[1] Wu JiGang,Bin HongZan.Research and Development of Dimensional Inspection System for Thin Sheet Part Based on Machine Vision[J].Machine Tool And Hydraulics,2010, 17:86-88+101. 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Modern Electronics Technique,2012,20:180-182+185.[7] Dong XiaoQing,Huang JieXian,Zhang ShunYang.The key technology of stepping motor drive[J].Microcontrollers & Embedded Systems,2008,06:14-17.[8] Liu LiShuang,Sun ShuangHua,Lu NaiGuang.Study on The Selection Method of Focusing Function in Vision System[J].Journal of Beijing Institute of Machinery,2008,01:1-4.[9] Ma HengKuo,Wei GuoQiang.Study on Stabilization of Auto Focusing Method Based on Image Processing[J].Aviation Precision Manufacturing Technology,2007,02:33-36.[10] Luo Jun,Huang Jun.Two - Dimensional Precision Measurement System Based on Machine Vision[J].Computer Measurement & Control,2007,01:11-13.。
机器视觉实验平台的设计与实现
机器视觉实验平台的设计与实现
步骤1: 确定目标和需求
在设计与实现机器视觉实验平台之前,首先需要确定平台的目标和需求。
这包括确定平台的使用对象(例如学生、研究人员或工程师),平台应该具备的功能(例如图像处理、目标检测、模式识别等),以及平台的使用场景和环境(例如实验室、教室或工作室)。
步骤2: 确定技术架构和工具
根据平台的目标和需求,确定适合的技术架构和工具。
机器视觉实验平台通常需要使用计算机视觉库和算法,例如OpenCV、TensorFlow或PyTorch。
此外,还需要考虑平台的开发语言(例如Python、C ++或Java)和必要的硬件设备(例如摄像头、传感器或机器人)。
步骤3: 设计用户界面
根据平台的目标用户和使用场景,设计一个直观和易于使用的用户界面。
用户界面应该提供简单明了的功能按钮,以及展示图像处理结果的窗口或面板。
考虑到不同用户的技术水平,界面应该尽可能简化操作步骤,并提供必要的说明和帮助。
步骤4: 实现图像采集和处理功能
在平台的技术架构和工具的基础上,实现图像采集和处理的功能。
这包括通过摄像头或其他设备获取图像,并对图像进行预处理、特征提取、目标检测等操作。
根据平台的需求,可能需要实现多个图像处理算法,并提供相应的参数调节和切换功能。
步骤5: 集成机器学习和深度学习算法
根据平台的需求和目标,集成机器学习和深度学习算法。
这可以通过使用预训练的模型或自定义模型进行目标检测、图像分类等任务。
平台应该提供相应的接口和功能,以便用户可以导入、训练和测试自己的模型,并应用于图像处理任务。
步骤6: 实现结果展示和分析功能
为了便于用户理解和分析图像处理结果,平台应该提供结果展示和分析的功能。
这可以通过在用户界面中显示图像处理前后的对比图像,或提供统计信息和可视化工具来实现。
用户还可以通过导出结果数据或生成报告来进一步分析和共享处理结果。
步骤7: 进行测试和优化
在实现所有功能后,进行全面的测试,并根据用户反馈和需求进行优化。
测试应该覆盖各种使用情况和场景,并确保系统的稳定性和性能。
优化可以包括改进算法效率、提高用户界面的响应速度、修复错误和改进用户体验等。
步骤8: 提供技术支持和维护
一旦机器视觉实验平台完成并投入使用,提供持续的技术支持和维护至关重要。
这包括解决用户问题、修复错误、添加新功能和算法、更新软件版本等。
定期与用户交流和收集反馈,以不断改进平台的功能和性能。
总结
设计和实现机器视觉实验平台需要从确定目标和需求开始,然后选择合适的技术架构和工具,设计用户界面并实现图像处理和分析功能。
集成机器学习和深度学习算法,并进行全面的测试和优化。
在投入使用后,提供技术支持和维护,持续改进平台以满足用户需求。
这些步骤可以确保机器视觉实验平台的设计和实现是系统而有效的。