技术支持
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恶劣环境下的机器视觉
光虎光电科技（天津）有限公司是以德国设计双远心镜头,远心镜头,高远心度镜头,工业相机,面阵相机,线阵相机,紫外相机等光电技术产品设备的研发,生产,销售为主的科技型企业.
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工业相机的Pixel Binn...
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光的干涉在双远心镜头...
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图像多帧融合技术及应...
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机器视觉在橡胶领域的...
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机器视觉相关工业通信...
工业通信协议定义为“数字消息格式和规则的正式描述”。这些协议集成在硬件系统和软件程序中。通信协议的核心功能是在不同的系统、设备或软件程序之间发送和接收消息，用于模拟和数字通信。简而言之，工业通信驱动程序和协议构成了工业自动化的基础。机器视觉亦离不开工业通信手段。 自动化中的通信协议是什么？ 许多类型的通信协议用于不同的目的。它们可用于传输信号、同步设备、检测错误以及执行更多操作。行业使用多种类型的通信协议，因为每种协议都是为特定目的和应用而设计的。例如，以太网/IP 协议是一种具有高功能的重型通信协议，可用于各种应用。另一方面，Modbus 协议是提供通用读/写访问的轻量级通信协议。因此，任何自动化系统中使用的通信协议类型取决于OEM以及最终用户的需要和要求。独立软件供应商可以选择具有高安全特性的协议。 想要充分利用先进技术并将流程数字化的行业需要无缝连接和互操作性。为了确保流程和端到端通信的顺利自动化，OEM和行业必须分别在其产品和解决方案中选择正确的通信协议。这些协议创建了一个跨越四个主要层的连接网络，其中包括现场层、控制层、监督层以及执行和规划层。 各种通信协议 机器视觉与自动化系统中使用不同类型的工业通信协议，因为每种协议用于不同的业务和技术目的。OEM可以选择特定的协议，因为他们的供应商会根据他们的要求为他们提供高性能的现成解决方案。另一方面，最终用户可能决定使用特定协议，因为它的地理可用性或其对行业要求的关注。独立软件开发商或原始设备制造商选择特定类型的通信协议有多种原因。 各种类型的工业通信协议：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 通信协议可以是有线的或无线的。USB、SPI、12C 和以太网是一些用于有线协议的物理介质。Wi-Fi、LoRa、LTE 和 BLE 是一些无线协议媒介。 常用的工业机器视觉与自动化协议 1. Ethernet/IP EtherNet/IP是一种开放式应用协议，可通过互联网将数据从工厂车间扩展到企业网络。作为 CIP 应用协议（通用工业协议）的重要组成部分，它被广泛接受为各种自动化应用提供通信能力，包括监控、监控、运动与同步、信息和网络管理。 EtherNet/IP 协议将两种消息传入和传出系统，并为工厂车间的操作员界面提供连接。它们是显式消息（需要基础和异步信息）和I/O 消息（连续传输的数据消息）。此消息传输使用面向对象的体系结构启动，该体系结构支持相同对象和设备配置文件的可重用性。从而确保在多个子网中运行的不同供应商的多个设备之间的即插即用互操作性。 2. Modbus RTU 和 Modbus TCP/IP 具有主/从架构的Modbus RTU因其可靠的性能和易用性而被广泛使用。这种开放式串行协议使用循环冗余校验和消息传输简单的 16 位结构。由于 OPC 服务器、数据采集软件程序、SCADA、HMI 和其他软件程序支持它，因此很容易将该协议集成到兼容设备中。使用Mod-bus RTU 的挑战之一是开发和训练新模型可能有点困难。Modbus TCP/IP 是一种供应商中立的通信协议，可用于 Intranet 和 Internet 环境。此通信协议的数据事务是无状态的，因此它们不太可能被中断或破坏。它可用于事件记录、高性能和时间关键的应用程序。也是工业上最常用的一种通信协议。 3. PROFINET PROFINET 是一种工业以太网解决方案。它是一种在控制器和设备之间交换数据的通信协议。控制器可以是 PLC、DCS 或 PAC。设备可以是 I/O 块、机器视觉系统、RFID 阅读器、驱动器、过程仪器、代理，甚至其他控制器。绝大多数智能相机都支持此类通信协议。 【来源：光虎光学内部培训资料】 【图片来源：官方标识】光虎光学专业生产由德国设计的工业镜头。以高精度双远心镜头为核心，涵盖高性能FA定焦镜头、变倍镜头等产品。可实现为客户定制化研发生产。光虎光学还代理欧美日机器视觉全系列产品。如面阵与线扫工业相机、智能相机、3D相机、红外与紫外相机、光源、图像采集卡、机器视觉软件及其他周边产品。http://www.optiger.com.cn/
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工业镜头设计之球面镜...
所谓球面和非球面，主要是针对镜片的几何形状而言，即球面镜片与非球面镜片。二者在几何形状上的差别决定了它们在平行的入射光的折射方向上产生差异，从而影响工业镜头成像效果的好坏。
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巨型帧的简单介绍
巨型帧可为本地网络提供一些好处，可以加快整体网络速度，在某些应用程序质检提供更好的交互，并减少网络压力。
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机器视觉中的精度
无论使用何种仪器来测量参数，都有两个关键因素：准确性和可重复性。一个基本的经验法则是，测量仪器应该至少比它要测量的过程规范好十倍。换句话说，它的可重复性和准确性至少应该是过程的十倍。 所有的测量仪器都有一个刻度，由沿刻度的许多“刻度”或标记组成。在使用机器视觉的情况下，“刻度”之间的距离是像素（子像素）的大小或像素（子像素）之间的距离。在机器视觉中，“刻度”对应于分辨率，但不一定对应于机器视觉系统的灵敏度——系统能够检测到的测量值的最小变化。在机器视觉中，这对应于像素（子像素）增量或像素（子像素）分辨率。 在使用机器视觉测量零件时，通常面临着一个问题：零件特征的边缘通常不会精确落在一个像素或两个像素之间。边缘的影响通常会在几个相邻像素上体现。人们无法区分落在同一像素上的两条边。通常，编码的灰度值表示像素的强度平均值。 边缘可通过四个属性来表征 1、对比度 - 以边缘为特征的线的累积强度变化 2、宽度（模糊度） - 发生大部分强度变化的剖面上的间隔大小 3、陡度 - 此区间内的表面坡度 4、方向 - 垂直于边缘像素的向量角度 由于对象的边缘通常覆盖具有特定灰度轮廓的几个连续像素（将灰度值视为空间数据点的第三维属性），因此可以使用任意数量的数学或统计方案来基本上推断边缘点的位置，或将边缘的位置建立在有效对象距离的某个增量内的通过对象空间中的像素。例如，将灰度轮廓视为曲线，可以计算曲线的二阶导数——预期发生变化的特定点——并将其定义为边缘像素。 不同的机器视觉算法利用边缘的各种属性来计算像素（子像素）内边缘的位置。值得注意的是，不同的算法在子像素增量的大小方面确实会产生不同的结果。 精度的准确性和可重复性 精度由校准程序决定。在机器视觉中，与大多数数字系统一样，“校准”旋钮可以一次更改一个“刻度”（一个像素或亚像素距离）。每个“刻度”代表系统输出中的离散值变化，离散值是物理尺寸增量。 例如，公称尺寸为 0.1，公差为 0.005。（总容差范围为0.01）。因此，校准旋钮的每个“刻度”（像素或子像素距离）应具有0.1的0.01或0.001的值。因此，每个步长的一半为 0.0005。换句话说，机器视觉系统的精度应等于或优于0.0005。 由于重复性的经验法则与精度相同，因此系统对重复性的要求是相同的，即重复性应等于“刻度”的尺寸。 虽然精度在给定的应用中可能不是那么重要，因为它可以通过校准得出，但可重复性更为重要，因为它不能通过校准或其他方式进行校正。据观察，上述分析被许多人认为是保守的。因此，有些人建议将重复性从10/1放宽到5/1。 在某些情况下，使用的经验法则是精度和可重复性的总和应小于公差带的三分之一。实际上，无论遵守什么“规则”，测量仪器的准确度或重复性不应等于被测量尺寸的公差，事实上，必须小得多！ 光虎光学观点 光虎光学认为，具有亚像素能力的机器视觉通常可用于满足此类“规则”的许多计量应用。在某些情况下，无论系统分辨率或理论像素大小（视场除以水平/垂直方向的像素数）如何，性能都接近工业环境中机器视觉的实际极限。 在要测量的零件尺寸为0.1的上述示例应用中，鉴于相机/机器视觉系统的全视场应用于该尺寸，理论子像素分辨率可能为0.1/1500（基于一个基于 500 x 500 区域相机的机器视觉系统和1/3像素分辨率的子像素能力）。光虎光学专业生产由德国设计的工业镜头。以高精度双远心镜头为核心，涵盖高性能FA定焦镜头、变倍镜头等产品。可实现为客户定制化研发生产。光虎光学还代理欧美日机器视觉全系列产品。如面阵与线扫工业相机、智能相机、3D相机、红外与紫外相机、光源、图像采集卡、机器视觉软件及其他周边产品。http://www.optiger.com.cn/
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焊接领域中的机器视觉
什么是焊接？焊接，也称作熔接、镕接，是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属的工艺技术。现代焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。通常来说焊接有三种：熔焊——加热欲接合之工件使之局部熔化形成熔池，熔池冷却凝固后便接合，必要时可加入熔填物辅助，它是适合各种金属和合金的焊接加工，不需压力。压焊——焊接过程必须对焊件施加压力，属于各种金属材料和部分金属材料的加工。钎焊——采用比母材熔点低的金属材料做钎料，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材互相扩散实现链接焊件。适合于各种材料的焊接加工，也适合于不同金属或异类材料的焊接加工。为什么要在焊接领域中使用机器视觉？焊接的特点是工艺因素复杂、劳动强度大、生产周期长、劳动环境差，其品质依赖操作者的技能、技术和经验，也和操作者情绪及身体状况相关，因此，焊接自动化技术对于提高接头品质，保证稳定性具有很重要的意义。焊接机器人技术实现了焊接自动化、柔性化，但焊接机器人无法自主获取工件定位信息、焊缝空间位置信息、焊缝熔透信息等，也不能自主适应工件与接头组对，焊接热变形等引起的轨迹、坡口尺寸变化，不能进行在线调整，即不具有智能。现实生产中轨迹和接头坡口几何尺寸的变化较为常见，无智能的再现式焊接会出现焊偏、焊穿、未焊透等较为严重的成型缺陷，所以急需基于视觉的智能化焊接技术，光虎视觉提供了丰富的案例和解决方案，为智能化焊接技术提供了极大的帮助。在焊接应用中，通常金属件和部件通过熔化连接区域中的材料而连接在一起。在某些应用中，尤其是厚材料时，填充材料被添加到接头中。热量通常由电（如感应焊接、点焊和电弧焊接）或电磁辐射（如激光和电子束焊接）引起。由于高能量对小面积的影响，该过程会发出大量的热光。因此，焊接工艺的核心是极其明亮的，因此也是基于相机的焊接成像系统的一大挑战。机器视觉技术在焊接领域的使用在焊接中通常使用带有激光照明的相机，可以实现清晰化可视化的焊接过程。这主要是由于激光照明的高光谱亮度与热光的高效滤波相结合，可以应用于所有电弧和激光焊接工业。通过这些技术，光虎视觉可以实现从用于研究目的的高速焊接成像，到工业生产线焊接工艺的质量保证。适用于所有主要的电弧焊接工艺，如GMAW（MIG、MAG）和TIG，以及所有主要的光束焊接工艺，如CO2激光器、光纤激光器、二极管激光器、Nd：YAG激光和电子束应用。在焊接领域使用机器视觉的优势>> 焊工和操作员可以根据图像实时调整工艺>> 图像可用于图像分析和自动化>> 可以存储图像或视频以进行质量记录>> 快速错误检测可减少报废>> 系统可在安全距离内操作>> 改善了焊工的人机工程学>> 降低吸入不健康焊接烟雾的风险>> 缩短焊接过程的设置时间焊接领域使用机器视觉的方向>> GMAW 焊接（MIG、MAG）>> TIG 焊接>> 混合焊接（激光和电弧焊接）>> 激光焊接（例如二氧化碳、Nd：YAG、光纤和光盘激光器）>> 电子束>> 机器人焊接>> 半自动焊接>> 线性焊接>> 轨道焊接【来源：光虎视觉内部培训资料】
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景深
景深景深是光学摄影中一个很重要的参数，它是指光学系统获取清晰成像时，被测物体所能移动的距离范围。当一个光学系统的景深较小时，就会出现背景虚化的现象。光圈、焦距、工作距离都是影响景深的重要因素。在对光学系统的景深进行计算时，需要先了解容许弥散圆的概念。弥散圆是指在焦点前后，光线开始聚集和扩散，点的影像变成模糊时所形成的一个扩大的圆。如果弥散圆的直径足够小，成像会足够清晰；如果弥散圆再大些，成像就会显得模糊。中间的临界点，这个可以被接受的最大的直径被称为容许弥散圆直径。在拍摄过程中，通过弥散圆判断图像是否锐利进而判断景深的深浅。下图为两款不同双远心镜头利用景深板拍摄的测量景深的图片。其中图二为型号光虎视觉TTL11.5-25-45C双远心镜头在平行光照射下拍摄的图片。图一图二实际应用中，景深可分为前景深和后景深，计算公式如下：景深（dof）=图三根据景深公式我们可以看出，景深与有效F数、焦距、工作距离都有关系。图四是利用光线追迹的方法解释景深与F数的关系。增大F数之后，相同工作距离下，光线入射角变小，在容许弥散圆大小不变的情况下，使得景深变大。即有效F数与景深正相关。图五给出了在焦距、拍摄距离固定的情况下，不同F数下的拍摄效果图。当F数较小时，景深较小，从图片中可以明显的看出背景已经虚化。随着F数的增加，背景虚化现象明显变小，甚至消失。图四图五图六给出了有效F数与景深之间的关系图。有效F数越小，光圈越大，景深越小；有效F数越大，光圈越小，景深越大。图六此外，通过景深公式，我们还可以推算出：若镜头焦距可变，光圈和工作距离确定时，焦距越大，景深越小；焦距越小，景深越大。当镜头焦距、F数确定时，工作距离越大，景深越大；工作距离越小，景深也会随之减小,容易出现背景虚化现象。而双远心镜头与FA镜头略有不同。在双远心镜头的使用过程中，使用者可以微调镜头与相机传感器之间的距离，即法兰距，从而获得想要的景深效果。当然景深的极限还是由双远心镜头本身的设计决定，这些调整只能在设计的景深极限范围内进行微调。需注意的一点是，景深是一个相对的概念，在景深之内和景深之外，并不存在绝对的清晰或者模糊的界限。景深的测量也具有一定的主观性，需要使用者根据自己的具体需求进行调整。【来源：光虎视觉内部培训资料】
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曝光时间对成像质量的...
曝光时间对成像质量的影响在任何工业相机应用中，相机的曝光时间是设置的关键。在任意的情况下，由于我们拍摄物体的移动，生成的图像可能会模糊。为了最大程度的优化图像质量，可以计算最小曝光时间来消除模糊并最大化拍摄亮度。在这篇文章中，将帮助了解曝光时间对图像质量的影响并避免它。什么是曝光时间曝光时间或快门速度是让光线落在图像传感器上的时间。曝光时间越长，就越能“曝光”传感器为像素充电以使其更亮。快门速度通常以几分之一秒的形式给出，例如摄影相机中的 1/60、1/125、1/1000秒。在工业相机中，曝光时间通常以毫秒为单位，只是快门速度的倒数。（即1/60秒=0.0166秒或16毫秒）。图像模糊模糊是当物体相对于传感器移动并在曝光时间内移动跨越2个或更多像素时所得到的。当拍摄移动速度超过在曝光时间内可以完全静止运动的物体时，就会看到这一现象。在左边的图像中，可以清晰的拍到运动员，但是球移动得非常快，导致看起来很模糊。本例中的曝光时间为 1/500 秒（2 毫秒），但在此曝光期间球移动了许多像素。快门速度越快，物体相对于它开始的位置移动的可能性就越小。在机器视觉中，相机绝大多数情况下是固定的，所以它们不会移动，但担心的是物体在曝光时间内移动所产生的影响。根据应用场景的不同，图像处理可能对模糊敏感，也可能不敏感。例如，假设相机横向上的分辨率为2448像素，而传感器上的呈现出来的物体为1000像素。在曝光期间，被拍摄的物体移动1个像素，则在传感器上呈现出来的图像就整体偏移了1个像素，这就是“像素模糊”。快门速度越快，物体相对于它开始的位置移动的可能性就越小。在机器视觉中，相机绝大多数情况下是固定的，所以它们不会移动，但担心的是物体在曝光时间内移动所产生的影响。根据应用场景的不同，图像处理可能对模糊敏感，也可能不敏感。例如，假设相机横向上的分辨率为2448像素，而传感器上的呈现出来的物体为1000像素。在曝光期间，被拍摄的物体移动1个像素，则在传感器上呈现出来的图像就整体偏移了1个像素，这就是“像素模糊”。如何计算最合适的曝光时间在大多数情况下，都需要没有像素模糊的清晰图像。要计算合适的曝光时间，需要注意以下几点：l 以像素为单位的相机分辨率（沿行进方向）l 视野（FOV）l 物体的速度l 曝光时间然后，就可以使用以下公式计算对象在曝光期间将移动多少像素：B = Vp * Te * Np / FOVB = 以像素为单位的模糊Vp = 物体的速度FOV = 运动方向的视野Te = 曝光时间（以秒为单位）Np = 跨越视野的像素数光虎视觉认为，在大多数情况下，产生超过1个像素的拖影时，模糊就会成为一个问题。在精密测量中，即使是1个像素的模糊也可能太多，需要使用更快的曝光时间。【来源：光虎视觉内部培训资料】
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