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視覺AI實驗室

一(one)、  平台簡介

機器視覺及自動化實驗室是(yes)惠州市廣工大(big)研究院核心研發機構之一(one),緻力爲(for)行業用(use)戶提供基于(At)機器視覺技術的(of)自動化設備研制、3C産品檢測服務,以(by)解決産品缺陷檢測、産品尺寸檢測、多源圖像信息融合、深度學習算法等工程應用(use)的(of)技術爲(for)主要(want)研究方向。

本部門擁有高性能圖像采集分析處理系統、高動态範圍亮度成像儀、3D線掃描系統、高速相機、黑白線掃相機等儀器設備,全自主集成開發的(of)集目标模拟、光學量測、機器視覺、圖像二次開發爲(for)一(one)體的(of)多功能、智能化機器視覺平台,不(No)僅可以(by)服務于(At)機器視覺及智能化裝備的(of)研發,也可以(by)爲(for)企業提供光學成像等測試分析服務。同時(hour),本部門作(do)爲(for)惠州研究院物聯網數據感知技術研究方向的(of)突破口,爲(for)工業機器人(people)及自動化系統集成提供核心技術支撐。


二、研究方向與課題

研究案例與研究方向:

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标簽檢測                 整機外觀            手機輔料                 PCB闆                 彩盒



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                                                     工件尺寸測量           連接線測量                 汽車零部件檢測         五金件尺寸測量         多個(indivual)工件尺寸           螺紋檢測



三、實驗室技術服務介紹


類别

檢測項目

檢測内容

成像測試

高精度可見光成像服務

采用(use)高精度可見光成像儀,在(exist)不(No)同的(of)光照條件下,對目标進行靜态或動态成像,提供原始圖像數據,供客戶進行視覺特征分析。

高對比度成像測試服務

采用(use)高對比度可見光成像儀,在(exist)微光或高對比度光照條件下,對目标進行靜态或動态成像,提供原始圖像數據,供客戶進行視覺特征分析。

高速成像測試服務

對高速運動物體或事件,在(exist)特定條件下對目标進行成像,提供原始圖像數據,供客戶進行視覺特征分析。

超高分辨率成像測試服務

對目标物體細部結構,或大(big)區域範圍進行高分辨率成像,提供原始圖像數據,供客戶進行視覺特征分析。

3D掃描成像測試服務

利用(use)雙目立體成像原理,對目标物體進行表面和(and)高度數據采集,在(exist)電腦軟件端還原,并判斷其物理尺寸,提供原始數據,供客戶進行物性分析。

高精度彩色線掃成像測試服務

對目标物體進行高速、高精度線掃成像,提供高分辨率的(of)彩色線掃成像圖像數據,供客戶進行視覺特征分析。

高精度高對比線掃成像測試服務

對目标物體進行高速、高精度線掃成像,提供高分辨率的(of)灰階線掃成像圖像數據,供客戶進行視覺特征分析。

目标模拟

目标運動模拟測試

對目标進行多軸向運動狀态模拟,并提供運動條件下,目标多角度成像測試,提供原始圖像數據,供客戶進行視覺特征分析。

目标光譜特性模拟測試

對目标進行可見光範圍内多光譜模拟,并提供不(No)同光譜照射條件下,目标成像測試,提供原始圖像數據,供客戶進行視覺特征分析。


表10  設計服務項目

類别

檢測項目

檢測内容

機器

視覺
  算法

設計

模式及幾何匹配設計

對圖像中特定模式或幾何形狀進行識别,并實現快速高精度的(of)模式定位的(of)算法設計。

光學特性識别/驗證(OCR

對圖像中的(of)各類字體、字符及符号進行識别的(of)算法設計。

空間标定

對圖像中因相機角度或鏡頭扭曲等造成的(of)幹擾,進行矯正,實現更精準真實的(of)圖像測量的(of)算法設計。

顆粒分析

對圖像中連接區域或像素組進行識别和(and)選擇測量的(of)算法設計。

色彩檢查

對圖像中色彩匹配進行量化,并識别該特定區域中色彩成分及色彩濃度的(of)算法設計。  

邊緣檢測

對圖像中不(No)連續的(of)像素和(and)亮度進行識别,以(by)尋找目标邊緣,實現測量和(and)監測的(of)算法設計。

圖像濾波及頻率分析

通過如快速傅立葉變化等方式,對圖像亮度及空間分配的(of)周期性變化進行識别的(of)算法設計。

目标分類

通過比較目标的(of)顯著特征或已知樣品的(of)特征集來(Come)識别未知目标的(of)算法設計。

尺寸計量

通過空間測量得到(arrive)目标的(of)可測量的(of)臨界距離信息,如距離、角度、區域、線匹配等的(of)算法設計。

黃金模闆比對

通過與完美樣本的(of)比對,快速找出(out)後續圖像中的(of)缺陷的(of)算法設計。

機器

視覺
  組件

設計

成像光學設計

提供成像光學設計、光學仿真、透鏡檢驗和(and)加工、光電設備光學分析、光學系統光路設計和(and)裝調等服務。

組件機械設計

機器視覺設備開發制造、機械設備與非标零部件的(of)設計(交付設計資料圖紙及樣機),關鍵部件的(of)測繪與逆向,CAE技術服務,産品制程工藝設計。

電子學設計

提供焦平面讀出(out)電路設計以(by)及成像電子學控制與采集系統的(of)設計,嵌入式機器視覺模塊設計。

工業設計

爲(for)企業提供市場研究、産品設計研究、工業産品外觀設計、結構設計及跟蹤管理,界面設計,平面設計,展示設計等。

機器

視覺

系統

設計

開發

系統方案設計

根據客戶要(want)求提供機器視覺系統的(of)一(one)體化解決方案,包括硬件架構和(and)相關的(of)軟件算法。

設備控制系統設計

提供設備整體控制系統的(of)設計方案,并建立數學模型,進行理論分析和(and)仿真,選擇合适的(of)控制算法。

圖像采集及處理系統設計

提供數據采集方案,進行精度和(and)誤差分析,選擇合适的(of)數學模型和(and)算法,編制相關軟件程式。

系統設計與制造

提供設備總體結構設計服務(包括外形及内部結構),包括繪制設備結構圖、自制零件圖、電路原理圖等,并找出(out)關鍵技術的(of)解決方案。并提供樣機制造、裝配和(and)整體調試服務。


四、研發成果

 機器視覺實驗平台産品系例

(一(one)):托盤檢測标準機

主要(want)用(use)于(At)托盤式FPC、PCB、PCBA等産品缺陷檢測,托盤的(of)大(big)小兼容範圍:300≥W≥200,480≥L≥200,産品大(big)小根據客戶需求确定。托盤檢測标準機三維結構見下圖1,設備基本參數如下表1-1所示。

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托盤檢測标準機



1-1 托盤檢測标準機基本參數

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(二)線掃檢測平台

采用(use)8k、16k、64k系列高分辨率線掃相機,匹配千兆網卡、高性能工控機及對應的(of)鏡頭和(and)光源,實現産品快速運動中的(of)圖形采集,主要(want)用(use)于(At)檢測産品小尺寸瑕疵等項目,産品兼容尺寸範圍:300≥W≥80,500≥L≥100。線掃檢測平台三維結構如下圖2所示,設備基本參數如下表2-2所示。

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線掃檢測平台3

2-2  線掃檢測平台基本參數

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(三)面陣檢測平台

主要(want)用(use)于(At)快速檢測中小規格産品外觀、尺寸缺陷,産品尺寸兼容範圍:245≥W≥200,355≥L≥290。面陣檢測平台三維結構如下圖3所示,設備基本參數如下表-3-3所示。

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面陣檢測平台

 

3-3  面陣檢測平台基本參數

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(四)遠心檢測平台

主要(want)用(use)于(At)快速檢測中小規格産品外觀、尺寸缺陷,産品尺寸兼容範圍:150≥W≥50,150≥L≥50。遠心檢測平台三維結構如下圖4所示,設備基本參數如下表4-4所示。

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遠心檢測平台


4-4 遠心檢測平台基本參數

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五、應用(use)案例/行業

行業應用(use):

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案例應用(use):

玻璃外觀檢測

主要(want)對玻璃蓋闆白片、玻璃絲印片、LCM模組産品進行透光,異物,崩邊,劃痕,絲印,髒污,指紋,氣泡、輪廓等多種缺陷進行檢測

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玻璃檢測設備

2D、3D尺寸測量

主要(want)對2D/3D元件産品進行尺寸測量、孔位、平面度、裂紋蹦缺、刀路痕迹、螺紋等多項内容進行檢測

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 尺寸測量設備


表盤檢測

主要(want)對表盤上缺針、錯針、指針格、LOGO、缺絲印等多種缺陷進行檢測。

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表盤檢測設備


計算機視覺

也稱機器視覺。它是(yes)利用(use)一(one)個(indivual)代替人(people)眼的(of)圖像傳感器獲取物體的(of)圖像,将圖像轉換成數字圖像,并利用(use)計算機模拟人(people)的(of)判别準則去理解和(and)識别圖像,達到(arrive)分析圖像和(and)作(do)出(out)結論的(of)目的(of)。該技術是(yes)模拟識别人(people)工智能、心理物理學、圖像處理、計算機科學及神經生(born)物學等多領域的(of)綜合學科。計算機視覺技術用(use)攝像機模拟人(people)眼,用(use)計算機模拟大(big)腦,用(use)計算機程序和(and)算法來(Come)模拟人(people)對事物的(of)認識和(and)思考,替代人(people)類完成程序爲(for)其設定的(of)工作(do)。該技術由多個(indivual)相關的(of)圖像處理系統組成,主要(want)包括光源提供系統、圖像提取系統、計算機數據運算系統等。原理是(yes):首先通過攝像機獲得所需要(want)的(of)圖像信息,然後利用(use)信号轉換将獲得的(of)圖像信息轉變爲(for)數字圖像以(by)便計算機正确識别。

 

機器視覺就是(yes)用(use)機器代替人(people)眼做測量和(and)判斷的(of)系統,他(he)通過光學裝置和(and)非接觸傳感器自動獲取目标對象圖像,并由圖像處理設備根據圖像分析等信息進行各種運算處理個(indivual)判别分析,壹提取所需的(of)特征信息或根據判别分析結構對某些現場設備進行運動控制。

一(one)個(indivual)機器視覺系統包含:光源、鏡頭、相機、圖像采集,圖像處理軟件等等一(one)系列組成。

一(one)個(indivual)典型的(of)工業機器視覺系統包括:光源、鏡頭(定焦鏡頭、變倍鏡頭、遠心鏡頭、顯微鏡頭)、 相機(包括CCD相機和(and)COMS相機)、圖像處理單元(或圖像捕獲卡)、圖像處理軟件、監視器、通訊 / 輸入輸出(out)單元等。


工作(do)原理

機器視覺檢測系統采用(use)CCD照相機将被檢測的(of)目标轉換成圖像信号,傳送給專用(use)的(of)圖像處理系統,根據像素分布和(and)亮度、顔色等信息,轉變成數字化信号,圖像處理系統對這(this)些信号進行各種運算來(Come)抽取目标的(of)特征,如面積、數量、位置、長度,再根據預設的(of)允許度和(and)其他(he)條件輸出(out)結果,包括尺寸、角度、個(indivual)數、合格 / 不(No)合格、有 / 無等,實現自動識别功能。

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機器視覺系統組成

随着機器視覺技術的(of)深入,各個(indivual)高校開始注重機器視覺技術領域人(people)才培養,加大(big)機器視覺實驗室研究投入與人(people)才培養,加強與各個(indivual)企業合作(do)。充分利用(use)學校和(and)企業的(of)優勢,共用(use)推進機器視覺技術發展和(and)人(people)才輸出(out)。一(one)系列機器視覺實驗平台,可提供研究者在(exist)短時(hour)間内進行機器視覺硬件選型、設計。同時(hour)配合視覺軟件完成多種機器視覺實驗算法驗證與教學。


計算機視覺的(of)關鍵技術

計算機視覺信息的(of)處理技術主要(want)依賴于(At)圖像處理方法,經過處理後輸出(out)圖像的(of)質量得到(arrive)相當程度的(of)改善,既改善了(Got it)圖像的(of)視覺效果,又便于(At)計算機對圖像進行分析、處理和(and)識别。

1.圖像分割

  圖像分割是(yes)将圖像分成若幹部分,每一(one)部分對應于(At)某一(one)物體表面,在(exist)進行分割時(hour),每一(one)部分的(of)灰度或紋理符合某一(one)種均勻測度度量。其本質是(yes)将像素進行分類,分類的(of)依據是(yes)像素的(of)灰度值、顔色、頻譜特性、空間特性或紋理特性等。圖像分割主要(want)有兩種方法:一(one)是(yes)鑒于(At)度量空間的(of)灰度阈值分割法,另一(one)種是(yes)空間域區域增長分割方法。

2.圖像增強

  圖像的(of)增強用(use)于(At)調整圖像的(of)對比度,突出(out)圖像中的(of)重要(want)細節,改善視覺質量。通常采用(use)灰度直方圖修改技術進行圖像增強。圖像的(of)灰度直方圖是(yes)表示一(one)幅圖像灰度分布情況的(of)統計特性圖表,與對比度緊密相連。

3.圖像平滑

  圖像的(of)平滑處理技術即圖像的(of)去噪聲處理,主要(want)是(yes)爲(for)了(Got it)去除實際成像過程中因成像設備和(and)環境所造成的(of)圖像失真,提取有用(use)信息,去除噪聲,恢複原始圖像是(yes)圖像處理中的(of)一(one)個(indivual)重要(want)内容。

4.圖像編碼和(and)傳輸

  數字圖像的(of)數據量是(yes)相當龐大(big)的(of),高信道速率意味着高投資,也意味着普及難度增加。因此,傳輸過程中,對圖像數據進行壓縮顯得非常重要(want)。圖像數據的(of)壓縮主要(want)通過圖像數據的(of)編碼和(and)變換壓縮完成。

5.邊緣銳化

  圖像邊緣銳化處理主要(want)是(yes)加強圖像中的(of)輪廓邊緣和(and)細節,形成完整的(of)物體邊界,達到(arrive)将物體從圖像中分離出(out)來(Come)或将表示同一(one)物體表面,它是(yes)早期視覺理論和(and)算法中的(of)基本問題,也是(yes)中期和(and)後期視覺成敗的(of)重要(want)因素之一(one)。

6.圖像識别

  圖像的(of)識别過程實際上可以(by)看作(do)是(yes)一(one)個(indivual)标記過程,即利用(use)識别算法來(Come)辨别景物中已分割好的(of)各個(indivual)物體,給這(this)些物體賦予特定的(of)标記,它是(yes)機器視覺系統必須完成的(of)一(one)個(indivual)任務。目前用(use)于(At)圖像識别的(of)方法主要(want)分爲(for)決策理論和(and)結構方法。


機器視覺系統的(of)特點是(yes)提高生(born)産的(of)柔性和(and)自動化程度。在(exist)一(one)些不(No)适合于(At)人(people)工作(do)業的(of)危險工作(do)環境或人(people)工視覺難以(by)滿足要(want)求的(of)場合,常用(use)機器視覺來(Come)替代人(people)工視覺;同時(hour)在(exist)大(big)批量工業生(born)産過程中,用(use)人(people)工視覺檢查産品質量效率低且精度不(No)高,用(use)機器視覺檢測方法可以(by)大(big)大(big)提高生(born)産效率和(and)生(born)産的(of)自動化程度。而且機器視覺易于(At)實現信息集成,是(yes)實現計算機集成制造的(of)基礎技術。

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視覺系統工作(do)原理簡圖



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