第5篇 项目6、基于机器视觉的电路板插件检测ppt课件.ppt

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1、第第5篇篇 项目项目6、基于机器视觉的电路板、基于机器视觉的电路板插件检测插件检测第第5 5篇篇 提高篇提高篇 项目六项目六 基于机器视觉的电路板插件检测基于机器视觉的电路板插件检测目 录1. 项目简介项目简介 2. 教学目标教学目标 3. 任务目标任务目标4. 任务实施任务实施 5. 项目总结项目总结 1、项目简介、项目简介通过机器视觉系统对通过机器视觉系统对PCB电路板进行元器电路板进行元器 件在线检测件在线检测本系统设计完成后要求能有良好的交互界本系统设计完成后要求能有良好的交互界 面，同时可实现数据存盘功能面，同时可实现数据存盘功能能熟练使用分支结构、循环结构、顺序结能熟练使用分支结构

2、、循环结构、顺序结 构进行程序设计；构进行程序设计；2、教学目标、教学目标掌握机器视觉系统的构成；掌握机器视觉系统的构成； 能根据实际应用需要选择合适的光源能根据实际应用需要选择合适的光源和相机、镜头等构成基本的机器视觉和相机、镜头等构成基本的机器视觉系统；系统；能利用图像处理工具进行简单的图像能利用图像处理工具进行简单的图像分析和预处理；分析和预处理；能调试成功基本的能调试成功基本的PCB元器件检测元器件检测系统；系统； 2、教学目标、教学目标掌握图像处理相关理论；掌握图像处理相关理论；掌握图像采集系统配件的选型与基本掌握图像采集系统配件的选型与基本 指标；指标；会使用会使用LabVIEW软

3、件及图像处理相关软件及图像处理相关 工具包工具包 ；2、教学目标、教学目标培养团队协作、交流沟通能力培养团队协作、交流沟通能力培养实训室培养实训室5S操作素养操作素养培养自学能力及独立工作能力培养自学能力及独立工作能力培养工作责任感培养工作责任感培养文献检索能力培养文献检索能力3、知识预备 3.1 机器视觉概述机器视觉概述 3.2 机器视觉平台搭建机器视觉平台搭建 3.3 PCB板元器件检测系统硬件系统板元器件检测系统硬件系统 3.4 检测系统软件算法说明检测系统软件算法说明 3.5 PCB元器件检测系统流程图元器件检测系统流程图 3.1 机器视频概述机器视觉，即采用机器代替人眼来做测量和机器

4、视觉，即采用机器代替人眼来做测量和判断。判断。图像抓取图像抓取-图像处理图像处理-数据判断数据判断-现场执行现场执行机器视觉系统代替传统的人工检测方法，极机器视觉系统代替传统的人工检测方法，极大地提高了投放市场的产品质量，提高了生大地提高了投放市场的产品质量，提高了生产效率。产效率。 广泛应用于食品和饮料、化妆品、制药、建广泛应用于食品和饮料、化妆品、制药、建材和化工、金属加工、电子制造、包装、汽材和化工、金属加工、电子制造、包装、汽车制造等行业。车制造等行业。 典型的机器视觉系统主要组成：光源、典型的机器视觉系统主要组成：光源、相机、图像采集卡和图像处理软件。相机、图像采集卡和图像处理软件。

5、 3.2 机器视觉平台搭建+照明和光源照明和光源摄像头摄像头或传感器或传感器图像采集卡图像采集卡 或视觉系统或视觉系统应用软件应用软件3.2.1 光源光源的重要性：直接影响图像质量，进而影响系光源的重要性：直接影响图像质量，进而影响系统性能。统性能。光源的作用：获取高品质、高对比度的图像光源的作用：获取高品质、高对比度的图像选择光源的目标：选择光源的目标：增强待处理的物体特征；增强待处理的物体特征；减弱不需要关注的物体和噪声的干扰；减弱不需要关注的物体和噪声的干扰；不会引入额外的干扰。不会引入额外的干扰。3.2.1 光源光源的分类：光源的分类：直接照明光源直接照明光源散射照明光源散射照明光源背

6、光照明光源背光照明光源同轴照明光源同轴照明光源 特殊照明光源特殊照明光源 3.2.1.1 直接照明光源直接照明光源：光源直接照射到被检测物体上直接照明光源：光源直接照射到被检测物体上特点：照射局域集中、亮度高和安装方便，可以特点：照射局域集中、亮度高和安装方便，可以得到清楚的影像得到清楚的影像。常见方式：常见方式：沐光方式沐光方式低角度方式低角度方式条形方式条形方式聚光方式聚光方式3.2.1.1 直接照明光源沐光方式：沐光方式：沐光方式常用的是沐光方式常用的是LED环形光源。高密度的环形光源。高密度的LED 阵列阵列排列在伞状结构中，可以在照明区域产生集中的强光。排列在伞状结构中，可以在照明区

7、域产生集中的强光。优点：亮度大、灵活、容易适应包装要求；优点：亮度大、灵活、容易适应包装要求；缺点：阴影和反光；缺点：阴影和反光；常见应用：检测平面和有纹理的表面。常见应用：检测平面和有纹理的表面。3.2.1.1 直接照明光源低角度方式：低角度方式：低角度方式常用的也是低角度方式常用的也是LED环形光源。但与沐光方式用环形光源。但与沐光方式用的环形光源不同的是，它更大，安装的角度更低，接近的环形光源不同的是，它更大，安装的角度更低，接近180度。低角度方式下，光源以接近度。低角度方式下，光源以接近180 度角照明物体，度角照明物体，容易突出被检测物理的边缘和高度变化。容易突出被检测物理的边缘和

8、高度变化。优点：凸显表面结构，增强图像的拓扑结构；优点：凸显表面结构，增强图像的拓扑结构；缺点：热点和极度阴影；缺点：热点和极度阴影；常见应用：检测平面和有纹理的表面。常见应用：检测平面和有纹理的表面。3.2.1.1 直接照明光源条形方式：条形方式：条形方式常用的是条形方式常用的是LED条形光源。条形方式除具备沐光条形光源。条形方式除具备沐光方式的优点外，其安装角度还可以按照需要进行调节。方式的优点外，其安装角度还可以按照需要进行调节。通过调节光线的角度和方向，可以检测到被测物体表面通过调节光线的角度和方向，可以检测到被测物体表面是否有光泽，是否有纹路，也可以检测到表面特征。是否有光泽，是否有

9、纹路，也可以检测到表面特征。3.2.1.1 直接照明光源聚光方式：聚光方式：聚光方式主要是在条形光源上加入一个柱型透镜，把光聚光方式主要是在条形光源上加入一个柱型透镜，把光线汇聚成一条直线，以产生高亮度线光源。线性聚光方线汇聚成一条直线，以产生高亮度线光源。线性聚光方式常常配合线阵相机获得高质量的图像。式常常配合线阵相机获得高质量的图像。 3.2.1.2 散射照明光源散射照明光源：散射照明光源：对于表面平整光洁的高反射物体，直接照明方式容易对于表面平整光洁的高反射物体，直接照明方式容易产生强反光。散射照明先把光投射到粗糙的遮盖物上，产生强反光。散射照明先把光投射到粗糙的遮盖物上，产生无方向、柔

10、和的光，然后再投射到被检测物体上。产生无方向、柔和的光，然后再投射到被检测物体上。 特点：最适合高反射物体。特点：最适合高反射物体。常见方式：常见方式：低角度方式低角度方式扁平环状方式扁平环状方式圆顶方式圆顶方式3.2.1.2 散射照明光源低角度方式：低角度方式：与前述直接照明的低角度方式不同，散射方式的光源与前述直接照明的低角度方式不同，散射方式的光源先经过内壁散射之后再均匀的照射到物体上，在提供先经过内壁散射之后再均匀的照射到物体上，在提供均匀照明的同时，有效的消除了边缘的反射。此照明均匀照明的同时，有效的消除了边缘的反射。此照明方式常用于方式常用于BGA焊点检测，芯片管脚检测等应用。焊点

11、检测，芯片管脚检测等应用。3.2.1.2 散射照明光源扁平环状方式：扁平环状方式：在光源前面加了一块漫反射板，光源经过反射后再经在光源前面加了一块漫反射板，光源经过反射后再经过漫反射板，可以形成均匀漫射的顶光，避免了眩目过漫反射板，可以形成均匀漫射的顶光，避免了眩目光和阴影光和阴影圆顶方式：圆顶方式：适合表面有起伏、光泽的被测物体的文字检查。适合表面有起伏、光泽的被测物体的文字检查。 3.2.1.3 背光照明光源 背光照明方式下，光源均匀的从被检测物体的背面照射，可以背光照明方式下，光源均匀的从被检测物体的背面照射，可以获得高清晰的轮廓，常用于物体外形检测、尺寸检测等。获得高清晰的轮廓，常用于

12、物体外形检测、尺寸检测等。 LED的高强度均匀光线通过半镜面后成为与镜头同轴的光。具的高强度均匀光线通过半镜面后成为与镜头同轴的光。具有特殊涂层的半镜面可以抑制反光和消除图像中的重影，特别适合有特殊涂层的半镜面可以抑制反光和消除图像中的重影，特别适合检测镜面物体上的划痕。检测镜面物体上的划痕。 特殊照明光源包括平行光光学单元、显微镜专用照明系统和按特殊照明光源包括平行光光学单元、显微镜专用照明系统和按照客户要求定制的光源等。照客户要求定制的光源等。3.2.2 照相机 CCD相机相机:相机中的成像元件是相机中的成像元件是CCD 芯片芯片 线阵相机线阵相机:如果如果CCD 芯片只有一行感光器件，每

13、次只能对物体的一芯片只有一行感光器件，每次只能对物体的一条线进行成像，那么，这种扫描类型为线扫描，这样的相机称为线阵条线进行成像，那么，这种扫描类型为线扫描，这样的相机称为线阵相机。相机。 面阵相机面阵相机:如果如果CCD 芯片的感光区是个矩形阵面，每次能对物体进芯片的感光区是个矩形阵面，每次能对物体进行整体成像，那么，这种扫描类型成为面扫描，这样的相机称为面阵行整体成像，那么，这种扫描类型成为面扫描，这样的相机称为面阵相机。相机。 工业照相机常用指标工业照相机常用指标: 扫描类型扫描类型 分辨率分辨率 传输方式传输方式3.2.2 照相机 面阵相机、线阵相机优缺点：面阵相机、线阵相机优缺点：面

14、阵相机的优点是价格便宜，处理方面，可以直接获面阵相机的优点是价格便宜，处理方面，可以直接获得一幅完整的图像。得一幅完整的图像。线阵相机的优点是速度快，分辨率高，可以实现运动线阵相机的优点是速度快，分辨率高，可以实现运动物体的连续检测，比如传送带上的滤波等带状物体物体的连续检测，比如传送带上的滤波等带状物体(这种情况下，面阵相机很难检测这种情况下，面阵相机很难检测)；其缺点是需要拼；其缺点是需要拼接图像的后续处理。接图像的后续处理。 3.2.2 照相机 成像过程说明：成像过程说明：3.2.2 照相机 面阵相机扫描方式：面阵相机扫描方式：隔行扫描：一幅完整图像分两次显示，首先显示奇数场（隔行扫描：

15、一幅完整图像分两次显示，首先显示奇数场（1、3、5），再显示偶数场（），再显示偶数场（2、4、6） 逐行扫描：一幅完整图像分一次显示逐行扫描：一幅完整图像分一次显示隔行扫描相机的优点是价格便宜，但由于隔行扫描方式是先扫奇数场，隔行扫描相机的优点是价格便宜，但由于隔行扫描方式是先扫奇数场，再扫偶数场，所以隔行扫描相机在拍运动物体的时候容易出现锯齿状再扫偶数场，所以隔行扫描相机在拍运动物体的时候容易出现锯齿状边缘或叠影。边缘或叠影。逐行扫描相机则没有上述的缺点，由于所有行同时曝光，不会分先后，逐行扫描相机则没有上述的缺点，由于所有行同时曝光，不会分先后，所以在拍摄运动图像画面清晰，失真小。其余参数

16、相似的情况下，逐所以在拍摄运动图像画面清晰，失真小。其余参数相似的情况下，逐行扫描相机要比隔行扫描相机贵。行扫描相机要比隔行扫描相机贵。 3.2.2 照相机 分辨率：分辨率：分辨率是影响图像效果的重要因素，我们一般用水平分辨率是影响图像效果的重要因素，我们一般用水平和垂直方向上所能显示的像素数来表示分辨率，例如和垂直方向上所能显示的像素数来表示分辨率，例如640480。该值越大图形文件所占用的磁盘空间也。该值越大图形文件所占用的磁盘空间也就越多，从而图像的细节表现得更充分。就越多，从而图像的细节表现得更充分。视场是指能拍摄到的范围；视场是指能拍摄到的范围；特征分辨率是指能分辨的实际物理尺寸。特

17、征分辨率是指能分辨的实际物理尺寸。特征分辨率特征分辨率 = 视场视场/分辨率分辨率 * 2例如：相机分辨率为例如：相机分辨率为640 x 480，横向的视场是，横向的视场是60mm，那么在横向的，那么在横向的特征分辨率为：特征分辨率为：60/640*2= 0.1875 mm。 3.2.2 照相机 传输方式：传输方式：按照不同的图像传输方式，相机可以分为模拟相机和按照不同的图像传输方式，相机可以分为模拟相机和数字相机。数字相机。模拟相机以模拟电平的方式表达视频信号。模拟相机模拟相机以模拟电平的方式表达视频信号。模拟相机现在使用非常广泛，其优点是技术成熟、成本低廉、现在使用非常广泛，其优点是技术成

18、熟、成本低廉、对应的图像采集卡价格也比较低。对应的图像采集卡价格也比较低。8-bit 的图像采集的图像采集卡可以提供卡可以提供256 级的灰度，对于大部分的图像应用已级的灰度，对于大部分的图像应用已经足够了。经足够了。3.2.2 照相机 传输方式：传输方式：模拟相机有四个非常成熟的标准：模拟相机有四个非常成熟的标准：PAL、NTSC、CCIR 和和RS-170。不同的标准对应不同的参数，这些参数必须正确告知不同的标准对应不同的参数，这些参数必须正确告知图像采集卡，才能获得准确的图像。图像采集卡，才能获得准确的图像。3.2.2 照相机 传输方式：传输方式：在在NI Measurement & A

19、utomation中，中，可以根据相机模拟可以根据相机模拟图像的输出格式来图像的输出格式来配置图像采集卡配置图像采集卡3.2.2 照相机 传输方式：传输方式： 模拟相机也有一些缺点，比如帧率不高，分辨率模拟相机也有一些缺点，比如帧率不高，分辨率不高等等。在高速、高精度机器视觉应用中，一般都不高等等。在高速、高精度机器视觉应用中，一般都会考虑数字相机。会考虑数字相机。 数字相机先把图像信号数字化后通过数字接口传数字相机先把图像信号数字化后通过数字接口传到电脑中。常见的数字相机接口有到电脑中。常见的数字相机接口有Firewire、CameraLink、GigE 和和USB。3.2.2 照相机 传输

20、方式：传输方式：Camera Link 是一个工业高速串口数据连接标准，是一个工业高速串口数据连接标准，它是由它是由National Instruments、摄像头供应商和其他、摄像头供应商和其他图像采集公司在图像采集公司在2000年年10月联合推出的，它在一开月联合推出的，它在一开始就对接线、数据格式、触发、相机控制等做了考虑，始就对接线、数据格式、触发、相机控制等做了考虑，所以非常方便机器视觉应用。所以非常方便机器视觉应用。Camera Link的数据传输率可达的数据传输率可达1Gbits/s，可提供高，可提供高速率、高分辨率和高数字化率，信噪比也大大改善。速率、高分辨率和高数字化率，信噪

21、比也大大改善。Camera Link的标准数据线长的标准数据线长3 米，最长可达米，最长可达10 米。米。如果您是高速或高分辨率的应用，如果您是高速或高分辨率的应用，Camera Link肯定肯定是首选是首选。3.2.2 照相机 传输方式：传输方式：Firewire即即IEEE1394，开始是为数字相机和，开始是为数字相机和PC 连接设计的，它的连接设计的，它的特点是速度快特点是速度快(400Mbits/s)，通过总线供电和支持热插拔。另外值得，通过总线供电和支持热插拔。另外值得一提的是，如果一提的是，如果PC上自带上自带Firewire接口，那么不需要为相机额外购买接口，那么不需要为相机额外

22、购买一块图像采集卡了，这在成本上也是一种优势。一块图像采集卡了，这在成本上也是一种优势。GigE，即千兆以太网接口，它似乎综合了高速数据传输和远距离的，即千兆以太网接口，它似乎综合了高速数据传输和远距离的特点，而且电缆便宜特点，而且电缆便宜(网线网线)。缺点是支持这种接口的相机型号比较少，。缺点是支持这种接口的相机型号比较少，选择有限。选择有限。USB相机较多的用在娱乐上，比如相机较多的用在娱乐上，比如USB 摄像头，摄像头，USB 工业相机型号工业相机型号也比较少，在工业中的使用程度不高。也比较少，在工业中的使用程度不高。 3.2.3 图像采集卡一般来说，相机确定，则图像处理板卡也就确定了。

23、一般来说，相机确定，则图像处理板卡也就确定了。若有一些高级处理要求，若有一些高级处理要求，NI产品是一个不错的选择。产品是一个不错的选择。选择多样化；选择多样化； 选择方便；（）选择方便；（）NI产品性能优异；产品性能优异；NI产品性能稳定；产品性能稳定； 3.2.4 图像处理软件n 机器视觉处理软件有很多种，比如源代码开放的机器视觉处理软件有很多种，比如源代码开放的OpenCV，Mathworks公司的图像处理工具包，公司的图像处理工具包，Matrox公司的公司的Imaging Library，National Instruments公司的公司的LabVIEW等。等。n 如果目标是机器视觉算

24、法研究，需要考虑软件的如果目标是机器视觉算法研究，需要考虑软件的源代码是否开放。源代码是否开放。n 如果目标是机器视觉系统的开发，需要考虑的因如果目标是机器视觉系统的开发，需要考虑的因素有：图像处理函数库是否完备；发布费用是否素有：图像处理函数库是否完备；发布费用是否高昂；使用是否方便；开发平台是否统一；与硬高昂；使用是否方便；开发平台是否统一；与硬件结合是否容易；公司的售后服务及技术支持是件结合是否容易；公司的售后服务及技术支持是否到位等等。否到位等等。 3.2.4 图像处理软件n 机器视觉系统开发带有很强的试验性质，通常需机器视觉系统开发带有很强的试验性质，通常需要多种处理算法混合在一起才

25、能取得目标效果，要多种处理算法混合在一起才能取得目标效果，需要一边尝试一边开发。如果图像处理函数库不需要一边尝试一边开发。如果图像处理函数库不够完备，那么开发起来，处理过程将受到很多限够完备，那么开发起来，处理过程将受到很多限制。制。n 商业的软件平台通常会收取发布费用，如果产品商业的软件平台通常会收取发布费用，如果产品比较低端，那昂贵的发布费用将占去大部分利润。比较低端，那昂贵的发布费用将占去大部分利润。n 对于系统开发来说，商品的上市时间是一个重要对于系统开发来说，商品的上市时间是一个重要的因素，大量的时间花在源代码的调试上是一件的因素，大量的时间花在源代码的调试上是一件得不偿失的事情，所

26、以软件的易用程度和学习曲得不偿失的事情，所以软件的易用程度和学习曲线将是一个重要的考虑因素。线将是一个重要的考虑因素。 3.2.4 图像处理软件n 机器视觉系统是一个涵盖机械、图像处理、数据机器视觉系统是一个涵盖机械、图像处理、数据采集和运动控制等的复杂系统，如果开发平台统采集和运动控制等的复杂系统，如果开发平台统一，容易集成诸如数据采集和运动控制等功能的一，容易集成诸如数据采集和运动控制等功能的话，那比较容易开发出功能更加复杂、附加值更话，那比较容易开发出功能更加复杂、附加值更加高的产品。加高的产品。n 另外，如果供应商的技术支持很好，比如有免费另外，如果供应商的技术支持很好，比如有免费80

27、0电话，工程师现场支持等服务的话，会非常电话，工程师现场支持等服务的话，会非常有助于项目的开发。笔者在项目开发时，遇到问有助于项目的开发。笔者在项目开发时，遇到问题的主要解决途径就是题的主要解决途径就是Google和论坛。和论坛。n 本书介绍的本书介绍的National Instruments公司的公司的LabVIEW开发平台，不仅可以学习图像采集、图开发平台，不仅可以学习图像采集、图像处理及机器视觉，学完后还能将所学到的知识像处理及机器视觉，学完后还能将所学到的知识和技能直接用于机器视觉系统的开发。和技能直接用于机器视觉系统的开发。 3.3 PCB板元器件检测系统硬件系统光源：光源： 根据系

28、统的特点，本系统选用直接照明方式的沐根据系统的特点，本系统选用直接照明方式的沐光方式。选用由光方式。选用由Advanced Illumination公司制公司制造环形光源。此光源为受电流驱动的造环形光源。此光源为受电流驱动的LED发光管，发光管，因而可通过内置直接驱动式照明控制器，能直接因而可通过内置直接驱动式照明控制器，能直接连至连至NI 1744智能相机。智能相机。 3.3 PCB板元器件检测系统硬件系统NI1744智能照相机：智能照相机：n NI 1744智能相机。智能相机。NI 1744系列智能相机具有图系列智能相机具有图像采集和处理特性，还具有像采集和处理特性，还具有I/O功能，在相

29、机上构功能，在相机上构成了集于一体的嵌入式设备；成了集于一体的嵌入式设备；NI智能相机适合于智能相机适合于工业机器视觉应用程序，包括封装检测、装配验工业机器视觉应用程序，包括封装检测、装配验证、一维与二维条码读取以及运动向导。证、一维与二维条码读取以及运动向导。NI智能智能相机带有一个相机带有一个PowerPC处理器，能够运行处理器，能够运行NI VBAI或或NI LabVIEW实时模块和整个实时模块和整个NI机器视觉机器视觉算法套件，在此基础上对图像进行处理，可以降算法套件，在此基础上对图像进行处理，可以降低了成本和检测时间。低了成本和检测时间。NI 1744支持直接驱动照明支持直接驱动照明

30、控制器，能够大大降低系统成本和复杂性。控制器，能够大大降低系统成本和复杂性。 3.3 PCB板元器件检测系统硬件系统NI1744智能照相机：智能照相机： 此外，本系统还配有四个镜头。采用的是此外，本系统还配有四个镜头。采用的是Computar公司制造公司制造C-Mount镜头座，它适用于镜头座，它适用于IEEE1394和千兆位以太网视觉的和千兆位以太网视觉的NI智能相智能相机和机和Basler相机。相机。PC机：机： 通过智能相机获得的图像在通过智能相机获得的图像在PC机上显示，通过机上显示，通过LabVIEW、Vision assistant和和VBAI编写的程序实现对图像的采集和处理。编写

31、的程序实现对图像的采集和处理。机器视觉系统的附属器件：机器视觉系统的附属器件： 智能相机的智能相机的24V稳压电源、智能相机串口接线端子、云台、网线、稳压电源、智能相机串口接线端子、云台、网线、实验支架、导线若干、待检实验支架、导线若干、待检PCB板等板等 。 3.3 PCB板元器件检测系统硬件系统机器视觉系统图：机器视觉系统图： 将上述部件按照使用规则，组成机器视觉系统。将上述部件按照使用规则，组成机器视觉系统。 3.4 检测系统软件算法中值滤波：中值滤波： 中值滤波是一种非线性滤波方法，也是一种中值滤波是一种非线性滤波方法，也是一种排序滤波方法。在图像处理中对抑制离散的噪声排序滤波方法。在

32、图像处理中对抑制离散的噪声比较有效，而且还能保护边缘轮廓信息。它的中比较有效，而且还能保护边缘轮廓信息。它的中心思想是将所用邻域窗口内的所有像素灰度值从心思想是将所用邻域窗口内的所有像素灰度值从小到大排序，取该组中间的灰度值作为滤波后的小到大排序，取该组中间的灰度值作为滤波后的灰度值。灰度值。 设表示数字图像各点的灰度值，滤波窗口的设表示数字图像各点的灰度值，滤波窗口的二维中值滤波，可定义为二维中值滤波，可定义为: 3.4 检测系统软件算法中值滤波：中值滤波： 通常窗口内像素数为奇数，以便有个中间像通常窗口内像素数为奇数，以便有个中间像素。若窗口像素数为偶数时，则中值取中间两像素。若窗口像素数

33、为偶数时，则中值取中间两像素灰度的平均值。常用的窗口形状有方形、十字素灰度的平均值。常用的窗口形状有方形、十字型、圆形、菱形等。窗口的大小决定在多少个数型、圆形、菱形等。窗口的大小决定在多少个数值中求中值，窗口的形状决定在什么样的几何空值中求中值，窗口的形状决定在什么样的几何空间中取元素来计算中值。间中取元素来计算中值。 最常用的窗口是方形或十字型。最常用的窗口是方形或十字型。 中值滤波窗口越大，抑制噪声效果越好，但中值滤波窗口越大，抑制噪声效果越好，但有效信息损失也越大，因此须选择最佳窗口大小有效信息损失也越大，因此须选择最佳窗口大小以兼顾二者。以兼顾二者。 本例采用本例采用5*5的方形窗口

34、中值滤波进行图像平的方形窗口中值滤波进行图像平滑去噪。滑去噪。 3.4 检测系统软件算法n 灰度值变换：灰度值变换： 除了控制照明光源外，某些情况下通过算法调除了控制照明光源外，某些情况下通过算法调整图像的灰度值是必要的。灰度值整图像的灰度值是必要的。灰度值 可被视为一点可被视为一点处理。这意味着变换后的灰度值仅仅依赖于输入图处理。这意味着变换后的灰度值仅仅依赖于输入图像上同一位置的原始灰度值像上同一位置的原始灰度值 ，可表示为：，可表示为： 这里这里f(g)表示进行灰度值变换的函数。为了提表示进行灰度值变换的函数。为了提高高变换的速度，灰度值变换通常通过一个查找表变换的速度，灰度值变换通常通

35、过一个查找表（LUT）来进行，即将每个输入灰度值变换后得到）来进行，即将每个输入灰度值变换后得到的输出值保存在一个查找表内。的输出值保存在一个查找表内。 平方根平方根LUT，其作用是增加了在黑暗区域的亮，其作用是增加了在黑暗区域的亮度和对比度，减少了在明亮的区域的亮度和对比度。度和对比度，减少了在明亮的区域的亮度和对比度。等值等值LUT，作用是对图像的像素点进行变换，增加，作用是对图像的像素点进行变换，增加了图像的亮度、增加了亮区的对比度。了图像的亮度、增加了亮区的对比度。, r ct 3.4 检测系统软件算法灰度值形态学：灰度值形态学： 图像处理中经过滤波、灰度值变换后的图像图像处理中经过滤

36、波、灰度值变换后的图像经常会包含我们不想要的干扰，所以我们必须要经常会包含我们不想要的干扰，所以我们必须要调整区域的现状以获得我们想要的结果。数学形调整区域的现状以获得我们想要的结果。数学形态学被定义为一种分析空间结构的理论。为此，态学被定义为一种分析空间结构的理论。为此，数学形态学提供了一组特别有用的方法，这些方数学形态学提供了一组特别有用的方法，这些方法能让我们调整或描述物体的形状。形态学能够法能让我们调整或描述物体的形状。形态学能够在区域和灰度值图像上被定义，结合我们要处理在区域和灰度值图像上被定义，结合我们要处理的图像是灰度图像，下面我们将重点介绍灰度值的图像是灰度图像，下面我们将重点

37、介绍灰度值形态学形态学 。, r ct 3.4 检测系统软件算法灰度值形态学：灰度值形态学： 用用 表示要处理的图像，用表示要处理的图像，用 表示表示ROI是是S的一幅图像，图像被称为结构元。膨胀能够通过的一幅图像，图像被称为结构元。膨胀能够通过转置结构元来实现，有如下定义：转置结构元来实现，有如下定义： 在灰度值形态学中，对结构元的选择通常是在灰度值形态学中，对结构元的选择通常是平坦结构元，即：对于平坦结构元，即：对于 时，时， 。它产。它产生的效果为：扩大图像中比周围更亮的部分，并生的效果为：扩大图像中比周围更亮的部分，并收缩背景，这样灰度值膨胀能够被用来将灰度值收缩背景，这样灰度值膨胀能

38、够被用来将灰度值图像中的一个亮物体的脱节部分连在一起。图像中的一个亮物体的脱节部分连在一起。 灰度值图像减法有如下定义：灰度值图像减法有如下定义：, r ct, r cg, r cg( , )s r c( , )r cS( , )0s r c ( , )0s r c 3.4 检测系统软件算法灰度值形态学：灰度值形态学： 有以上两个基本模块，我们可以构建本文将有以上两个基本模块，我们可以构建本文将要利用的操作：灰度值闭操作。要利用的操作：灰度值闭操作。 它是一个膨胀操作后再执行一个减法。它能它是一个膨胀操作后再执行一个减法。它能够被用来填充小孔或者删除小物体。此外，它还够被用来填充小孔或者删除小

39、物体。此外，它还能够被用来连接或分开物体，平滑物体的内、外能够被用来连接或分开物体，平滑物体的内、外边界。边界。 根据以上讨论，编写程序对图像进行预处理。根据以上讨论，编写程序对图像进行预处理。经过预处理后的图像如下图，可以看出电解电容经过预处理后的图像如下图，可以看出电解电容金属反射面都具有很强的亮度，达到了后续识别金属反射面都具有很强的亮度，达到了后续识别的要求。的要求。, r ct, r cg( , )0s r c 3.4 检测系统软件算法灰度值形态学：灰度值形态学：, r ct, r cg( , )0s r c 3.5 PCB元器件检测系统流程图 首先采用智能相机将被摄取目标转换成图像

40、信号，此时首先采用智能相机将被摄取目标转换成图像信号，此时的图像是灰度图像；再通过数据线将此图像信号传送给的图像是灰度图像；再通过数据线将此图像信号传送给PC机，根据像素分布、亮度等信息，将其转变成数字化信号机，根据像素分布、亮度等信息，将其转变成数字化信号并进行各种运算来抽取目标的特征；和标准图像进行对比、并进行各种运算来抽取目标的特征；和标准图像进行对比、模板匹配等处理后，得出被测模板匹配等处理后，得出被测PCB是否有缺陷；最后使用是否有缺陷；最后使用智能相机的智能相机的I/O功能来实现机器视觉系统与外界系统和数据功能来实现机器视觉系统与外界系统和数据库的通信，控制生产流程。库的通信，控制

41、生产流程。, r ct, r cg( , )0s r c 4. 任务实施4.1系统软硬件集成，实现系统软硬件集成，实现PCB元器件检测元器件检测 智能相机的参数设置；智能相机的参数设置； 采集采集PCB图像；图像； 编写程序图像采集模块。编写程序图像采集模块。, r ct, r cg( , )0s r c 4. 任务实施4.2 实现对实现对PCB图像的预处理图像的预处理 根据预备知识的学习和实际图像特点的结合，根据预备知识的学习和实际图像特点的结合，设计出预处理的方法。设计出预处理的方法。, r ct, r cg( , )0s r c 4. 任务实施4.3 图像分析图像分析 经过预处理后的图像

42、已经满足我们对图像的辨识要求，应用经过预处理后的图像已经满足我们对图像的辨识要求，应用NI Vision Builder for Automated Inspection对图像进行分析辨识对图像进行分析辨识的操作。的操作。 首先采集标准图像，对正确图像进行分析。从相机中采集一张首先采集标准图像，对正确图像进行分析。从相机中采集一张图片作为标准图片，在图像中找出较明显的特征作为匹配标准，图片作为标准图片，在图像中找出较明显的特征作为匹配标准，本例中选取了图片最下方的电解电容作为匹配标准，并以此标本例中选取了图片最下方的电解电容作为匹配标准，并以此标准建立坐标系。接下来就是检测其余的电解电容，也就

43、是在图像准建立坐标系。接下来就是检测其余的电解电容，也就是在图像中检测电容反射面的光亮点。选择中检测电容反射面的光亮点。选择NI Vision Builder for Automated Inspection中的中的Detect objects来检测，并设置参数：来检测，并设置参数：参考系统坐标系、检测对象最大最小像素、检测通过时的最大和参考系统坐标系、检测对象最大最小像素、检测通过时的最大和最小检测个数。最小检测个数。 启动程序，系统开始检测，如果检测通过，在图片上显示启动程序，系统开始检测，如果检测通过，在图片上显示PASS，否则显示，否则显示FAIL。同时输出相应的信号，驱动伺服结构。同

44、时输出相应的信号，驱动伺服结构实现电路板的自动分拣。同时将检测的结果送入数据库，以便实现电路板的自动分拣。同时将检测的结果送入数据库，以便工程人员的检查。工程人员的检查。 , r ct, r cg( , )0s r c 4. 任务实施4.3 图像分析图像分析, r ct, r cg( , )0s r c 5. 项目总结 本次实训借助本次实训借助NI ELVIS平台，通过对机器视频系平台，通过对机器视频系统所用硬件、软件系统的运用，真正实现了基于机统所用硬件、软件系统的运用，真正实现了基于机器视觉的电路板插件检测系统。了解并掌握光源照器视觉的电路板插件检测系统。了解并掌握光源照相机等硬件及相机等硬件及VI软件平台、视频处理算法等软件的软件平台、视频处理算法等软件的应用与编写，为学生运用机器视觉技术解决实际工应用与编写，为学生运用机器视觉技术解决实际工业问题提供了实际训练。业问题提供了实际训练。 要求学生掌握基于要求学生掌握基于NI ELVIS平台的机器视觉技术平台的机器视觉技术的应用方法，并提高学生的应用方法，并提高学生LabVIEW的编程调试能力。的编程调试能力。 , r ct, r cg( , )0s r c