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    使用3D立體視覺檢查焊接線

    發布時間: 2019-04-24發布者: 瀏覽量: 1879

     3D立體成像技術通常用於焊線(bonding wire)檢查,但存在許多挑戰。其中挑戰之一是難以使用塊匹配算法來解決對應問題,因為某些焊線可能具有無紋理的水平結構。對於這樣的對象,對應搜索可能失敗或執行低效,因為算法的圖像內容對於水平方向上的多個塊是相同的。



    圖1:此示意圖顯示了成像係統組件的定位方式。


       其他挑戰還包括平行垂直線間距和陰影效應。
       幸運的是,這些限製是有可能被克服的,要克服這些挑戰,要從“優化用於焊線檢查的3D立體成像係統”開始。
       由於焊線直徑可以從幾微米到幾百微米,光學分辨率高度依賴於應用。在選擇用於焊線檢查的合適的工業相機時,開發人員必須仔細考慮高度分辨率、高度範圍和視場。
       管燈通常是用於焊線檢查應用的最合適的光源。這類裝置提供均勻的空間照明,具有出色的時間穩定性和光譜穩定性,有助於保持圖像的外觀不隨時間而改變。
       為確保優化設置,用戶必須考慮工作距離,從而將相機和光源安裝在離掃描表麵合適的距離(見圖1)。將相機相對於表麵法線(掃描線)以大約5°的角度安裝(不是0°安裝),使得物體在場景照明更強的位置處成像。
       考慮到相機的傾斜角度,為了從中心角度精確測量高度,數值要乘以傾斜角的餘弦值(見圖2)。



    圖2:高度測量中相機傾斜角的校正可以用公式完成。


    水平線及相應問題
       立體成像應用使用基於相關的塊匹配算法來求解對應關係。沿著傳感器線,在水平方向上執行一對立體圖像的左圖像和右圖像之間的對應搜索。
       如前所述,在焊線檢查中,對應搜索可能失敗或執行低效,因為塊匹配的圖像內容對於水平方向上的多個塊是相同的。
       圖3給出了該問題的圖示,其中視差圖像顯示了非水平線的有效視差值(均勻灰色),以及水平線的可能錯誤或不相關的值(不均勻的灰色和黑色區域)。


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    圖3:從視差圖像中,91香蕉视频官网看到非水平線的有效視差值(均勻灰色),以及水平線的可能錯誤或不相關的值(不均勻的灰色和黑色區域)。


       該問題的三種可能解決方案包括:
       •如果可能,在圖像平麵中旋轉掃描對象,使水平線不會出現。
       •如果可能,旋轉相機使掃描線不垂直於掃描方向。
       •使用圖案投影儀在焊線上創建獨特的圖像紋理。
       相對於掃描方向旋轉相機,使得焊線和傳感器線不再平行,有助於防止跨多個水平塊的相同圖像內容,並且避免潛在的不匹配或不相關的值。
       使用線掃描相機時,由此旋轉產生的剪切圖像內容在進行2D幾何測量時,可能會導致不準確。因此,使用幾何校準和後續的圖像後處理來補償這種圖像剪切是很重要的。小的旋轉角度通常不會影響RGB圖像質量。然而,隨著角度的增加,可能需要單通道3D計算以減少紅色、綠色和藍色像素在傳感器方向上移位,以及所得到的彩色圖像的光學低通濾波的影響。
    平行垂直線的間距
       掃描場景中對象的高度範圍通常確定用於3D計算工作所需要的平行垂直線的最小距離,該關係取決於基於相關的塊匹配算法如何工作。
       例如,圖4顯示了一對立體圖像的左右圖像。左側相機圖像中的紅色標記區域顯示給定窗口大小的參考塊。塊匹配算法在預定義的視差搜索範圍內,搜索右側相機圖像中的對應塊,並以黃色標識出來。
       注意,中間圖像中相當小的視差搜索範圍僅包括一條線,即與參考塊匹配的線。相反,右側圖像中顯示了具有覆蓋多條線的視差搜索範圍的情況,其中塊匹配可能由於模糊的對應而失敗。



    圖4:圖中顯示了一對立體圖像的左右圖像。左相機圖像中的紅色標記區域是給定窗口大小的參考塊。中間圖像顯示較小的視差搜索範圍。右圖顯示了覆蓋多條線的視差搜索範圍。


       因為視差搜索範圍決定著3D測量的高度範圍,並且通常取決於檢查任務的感興趣區域中的最小和最大物體高度,所以限製範圍以確保唯一匹配並不總是可能的。對於此類應用,開發人員應考慮使用其他方法,例如在立體圖像對中分割左右圖像中的單獨的焊線,以及通過標準2D圖像處理算法標記相應的焊線。如果已知焊線或焊點的起點和終點的圖像位置,則標記任務應該相對簡單。
       在此之後,可以創建僅包含焊線的人工圖像對,其中在視差搜索範圍內可以實現唯一匹配,並且將對應的視差圖像合並到單一高度圖中。使用這種方法的折衷是:增加計算需求,計算量會隨著要求處理的單一焊線的圖像對數量的增加而增加。加速係統的一種方法是:使用並行多個場景的分布式計算,以及每個場景至少一個GPU。
       通過Chromasens 3D-API的rawImageCoordinatesTo3D功能,還可以從立體圖像對的相應圖像點計算3D坐標。基於此,通過使用圖像處理來提取右側和左側立體圖像的線上的對應點,可以解決垂直線問題。將得到的離散3D坐標合並到3D圖像中焊線的全局表示也是可能的。通過使用該方法,基於特定應用圖像處理的焊線探測方法,取代了基於圖像相關的塊匹配方法。
    陰影效應
       在掃描場景中,定向照明通常會導致焊線投射到背景上的陰影。管燈能減少這種效應。但是,在檢查某些背景材料和焊線時,可能會殘留陰影效應(見圖5)。
       當左側圖像和右側圖像的相關窗口的圖像內容,在對應區域中包含不同的陰影時,這種陰影就會帶來問題。在這種情況下,塊不匹配並且相關值低。



    圖5:立體圖像對的左側圖像和右側圖像中的陰影效應。


       左右相機之間的透視差異使得陰影出現在立體圖像的不同位置。改善場景照明(這並不總是可能的,並且可能需要複雜的定製光源)是克服該問題的一種方法。
       減少相關窗口塊尺寸是另一種方法。但是,有必要選擇所需的最小尺寸,同時確保在相應的窗口中保留足夠的獨特紋理特征以進行3D計算。通過圖像處理技術從立體圖像對中去除陰影也是可能的,例如從包含陰影效應的背景中分離焊線。通過設置為零值刪除背景區域後,Chromasens的3D API-through通過配置可以在計算中忽略這些區域。
       雖然存在水平線、平行垂直線間距和陰影效應的挑戰,為成功實現用於焊線檢查應用的3D立體視覺係統帶來了困難,但是也存在一些方法能夠克服這些障礙。


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