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机器视觉作业整理1第一次作业1、什麽是视觉?物体的影像刺激眼睛所产生的感觉。（视力+知识）2、人类视觉通常包括那几个主要部分，各自的功能是什麽？晶状体，视网膜，视觉神经，大脑。晶状体：调节焦距，接受处理光信号。视网膜：将光信号转换为电信号。有杆状细胞（暗细胞，感知明暗信息）和锥状细胞（明细胞，感知颜色信息）组成。视觉神经单元：在眼内由视网膜节细胞发出的纤维组成，将电信号传至大脑。大脑：对图像进行分析处理。3、机器视觉通常包括那几个主要部分，各自的功能是什麽？光学镜头，光电传感器，适配器，A/D转换器，数字处理系统。光学镜头：对外界的景物进行成像或者聚焦。光电传感器：将图像信号转换换成连续的视频信号输出。适配器：将输出的连续的电信号进行规划，使之满足后续处理的要求。A/D转换器：将模拟信号转换成数字信号。数字处理系统：对数字信号进行处理，使之成为满足要求的信号。4、人类视觉与机器视觉各自的优缺点是什么？人类视觉：优点：处理速度快；处理能力强；对环境的响应能力强；成像分辨率高；较为灵活。缺点：主观性强；耐疲劳能力弱；只能看见可见光；不能定量分析物体分布距离。机器视觉作业整理2机器视觉：优点：能适应恶劣环境，耐疲劳；可识别更多的光谱，准确性高；控制简单；信息响应快速；尺寸测量、定量检测、三维形状测试方面强。缺点：串行工作方式；对环境快速响应能力差；光学系统需要改进。5、机器视觉涉及到那些学科的知识？机器视觉可在哪些领域应用？学科：光学，物理学，机械设计，自动控制原理，工程测试等。应用领域：通信工程、遥感技术、医用图像处理、工业领域、军事公安、文化艺术等。6、能否举2个机器视觉的应用案例？利用点视觉检测系统，在香皂包装机中，对香皂包装过程中的数量进行计数并控制。鱼类产品的自动识别分类。7、机器视觉检测技术与传统检测技术有何不同？能解决那些传统检测技术解决不了的问题？传统检测技术主要是利用结构光的检测方法，机器视觉检测主要是利用三维立体视觉检测方法。可以应用在更广的范围内，应用于精度要求高的领域内，可以进行非接触检测，定位检测等。8、你听过第一章引论，对机器视觉有了哪些感性认识？你是否对机器视觉感兴趣？还有什麽疑惑和不解的问题？略9、专业术语翻译：机器视觉、人类视觉、透镜、光源、光电转换器件、接口；晶状体、视网膜、黄斑区、视神经、大脑机器视觉：machinevision人类视觉：humanvision透镜:lens光源:lightsource光电转换器件:photovoltaicconverter接口:interface机器视觉作业整理3晶状体:lens视网膜:retina黄斑区:maculaarea视神经:opticnerve大脑:brain第二次作业1、利用光敏器件设计一个点视觉测量系统（包括电路并说明应用背景）。光学三极管→放大电路→施密特触发器→微分整流电路→计数器2、试说明机器视觉检测过程中“点信息”、“一维信息”、“二维信息”、“三维信息”、“颜色信息”及“运动信息”的含义，以及利用什麽传感器及视觉系统可获得这些有用信息？在哪些工程领域可获得应用（举例说明）。点信息：对空间某一点的进行检测所获得的信息；应用光敏二极管or三极管可获得；应用于香皂包装机，在香皂包装过程中对数量进行计数并控制。一维信息：对空间某一狭缝上所出现的图象进行检测所获得的信息；应用线阵CCD可获得；应用于测量生产钢管的直径。二维信息：对空间平面上所出现的图象进行检测所获得的信息；应用面阵CCD可获得；应用于皮革产品生产过程中，计算皮革可利用面积。三维信息：对空间中所出现的图象进行检测所获得的信息；应用面阵CCD可获得；应用于车辆车身检测。颜色信息：空间中某一图像的颜色值的信息；应用彩色面阵CCD可获得；应用于彩笔生产线上质量控制。运动信息：空间中某一物体的位置、速度、加速度信息；应用多个光敏三极管可获得；应用于公路上车辆测速。机器视觉作业整理4第三次作业1、从机器视觉检测技术角度考虑，光源的作用是什么？1）将待测区域与背景明显区分开；2）将运动目标“凝固”在图像上；3）增强待测目标边缘清晰度；4）消除阴影、抵消噪光；5）合适的光源可以提高系统检测精度、运行速度及工作效率。2、常见的用于机器视觉检测技术的光源有哪些？荧光灯，LED光源，卤素灯+光纤导管，激光，紫外光等。3、机器视觉检测技术中，常用光照方式有几种，它们常用于哪些方面？正光照方式：明场照明：常用于防止阴影和减少镜面照射；暗场照明：可以突出被测物缺口及凸起，可用于检测划痕、雕刻文字、纹理等场合。背光照方式：常用于突出物体的轮廓。4、机器视觉检测系统其结构通常包括什么？光源、透镜、光电转换器件、信息传输接口、信息处理系统机器视觉作业整理5第四次作业1、机器视觉检测系统中，常见的光学器件有什麽？其各自有何功能？常用于何处？镜片：1）透镜：类似于低通，对于高频幅值有衰减作用，有聚光、成像的作用；用于镜头前成像使用。2）反光镜：改变光路；用于在阴暗的环境下补光，方便成像。3）棱镜：分散光束、改变光路；用于分离出特定频率的光。4）偏光片：能使特定方向的光通过；用于液晶屏成像。成像器件（CMOS/CCD）：将光学图像转变为模拟电信号。光圈：功能类似于瞳孔，控制光的入射量，实现曝光平衡。镜头（传统/远心）：对成像光线进行调焦处理，使成像更清楚。2、机器视觉检测系统中，成像镜头有几类？他们分别可用于什麽场合？有两类；1）传统镜头（normallens）：用于一般场合，具有透视功能—远的图像失真，存在视差。2）远心镜头（telecetriclens）：用于精确测量场合，可以在一定物距之内，使得到的图像的放大倍率，不随物距的变化而变化，保证图像真实性。3、传统镜头通常如何分类，各类用于什麽场合？通常按焦距分类：1）变焦镜头：有手动变焦与自动变焦，用于一般的民用拍照。2）定焦镜头：多用于工业、制造业中，清晰度好于变焦镜头。①鱼眼镜头：特点是焦距短、视野宽；用于导航。②短焦镜头（广角镜头）：特点是视角大（＞45°）、焦距短，易产生畸变，被测物体机器视觉作业整理6应放置于中心处；用于猫眼。③标准镜头（普通镜头）：特点是视角适中，焦距接近成像尺寸；用于新闻拍照。④长焦镜头（望远镜头）：特点是视角小（20°）、焦距大；用于望远镜。4、远心镜头如何分类，各自的特点是什麽？通常按照远心方向分；1）单向圆心镜头：①像方远心：像方光线平行于光轴，用于消除像方调焦不准引入的测量误差。工业上一般不使用。②物方远心：光圈被成像在无穷远处，用于消除物方调焦不准引入的读数误差用于工业精密测量。2）双向远心镜头：有上述两种特点。5、测量系统中镜头的参数有哪些？如何定义它们？1）视野（Fieldofview）：可见的目标区域。2）工作距离（Workingdistance）：镜头前端到目标的距离。3）分辨力（Resolution）：可以分辨物体的最小特征尺寸（线对/mm）。4）景深（DepthofField）：在某一焦距，物体前后移动，均能获得清晰图像的范围。5）透视误差（Perspective）：由于工作距离的变化，相同工件在图像上产生的尺寸及位置的误差。6）几何畸变（Distortion）：真实世界中物体映射到相平面产生的几何形变。7）对比度（Contrast）：图像的反差大小。机器视觉作业整理76、机器视觉中光电转换器件有几种？各用于什麽场合？转换器件：光敏电阻、硅光电池、光电二极管、光电三极管等。成像器件：1）CCD：性能好，像素高，分辨率高，满阱能力高用于精度要求高的场合（线阵和面阵排列像素的CCD应用于数码相机、光学扫描仪与摄影机的感光元件）。2）CMOS：由于其精度低、功耗低、噪声大、经济性好、集成度高，常用与一般场合（用于计算机信息保存，数字摄影，集成电路设计与制造领域）。7、图像传输接口有几种？各自如何选用？1）图像采集卡：其功能是将图像信号采集到电脑中，以数据文件的形式保存在硬盘上。用于虚拟演播室、虚拟现实、工控应用以及VGA摄像机等VGA信号、RGB信号输出设备的图像采集和处理；2）USB接口：常用，具有传输速率非常快，带宽较大，效率高的特点；3）IEEE1394：传输能量大，速度快；4）cameralink：数字摄像机和图像采集卡之间的接口标准，采用了统一的物理插件和线缆定义；5）GigE：可以通过网络传输，可以编码，有IP地址，比较复杂。补充：镜头选用原则：1）镜头尺寸≥相机芯片尺寸；2）相机安装的接口类型合适；3）镜头的工作距离合适；4）镜头的视场角合适；5）镜头的光谱特性合适；6）镜头的畸变率合适；7）满足对景深的要求；8）镜头的机械机构尺寸合适。机器视觉作业整理8第五次作业1、什麽是模拟图像？什么是数字图像？两者在数学上如何表示？它们有何相同与不同？模拟图像：空间分布和亮度取值为连续分布的图像f（x，y）；数字图像：空间分布和亮度取值为离散分布的图像f（x，y）；相同点：都是描述图像的一种形式；不同点：描述图像的方式不一样。2、图像处理一般在哪几个域进行？1）图像的空间域（灰度）处理；2）数字图像的频域变换处理；3）图像的时—频域变换。3、为什麽数字图像要有格式？你知道几种数字图像的格式？数字图像的格式是为了存储信息而使用的对信息的特殊编码方式，是用于识别内部储存的资料，确定读取所采用的软件、解压方式等。常用格式有：BMP、JPEG、TIFF、PNG、GIF等4、图像预处理的目的是什麽？图像预处理主要包括哪几个方面？目的是为了去除干扰，同时时图像分离方便后续测量或提取图像重要元素。包括：灰度化、二值化、图像增强（灰度图像校正）、图像平滑、图像锐化。5、什麽是图像的灰度直方图？如何求？都有哪些用途？定义：图像中灰度的分布情况；求法：用灰度为k的像素数除以总像素数NnrPkk；用途：1）检查图像的灰度分布是否有利于图像的分隔和分析动态范围的大小；2）利用阈值将灰度图像变为二值图像或多值伪彩色图像，对图像进行分隔。机器视觉作业整理96、直方图一样其对应的原始图像一定一样吗？为什么？不一定。因为灰度直方图统计灰度像素出现的频率，只要灰度像素出现的频率相同，灰度直方图就相同。7、二值图像是什麽含义？如何生成二值图像？它有何用途？定义：每一个像素只有两种可能的取值或灰度等级状态的图像；生成：对于灰度图像设定阈值，大于阈值取一种可能的取值；小于等于阈值取另一种可能的取值；用途：方便提取图像中的信息。8、图像增强常用的方法有几种？各自的作用原理是什么？1）全局线性灰度变换（拉伸、压缩）：2）分段线性灰度变换：3）非线性灰度变换：9、图像平滑的物理意义是什麽？通常有几种方法？有何用途？物理意义：采用积分或平均的方法，使相邻像素点灰度值差值减小，抑制图像噪声，使图像的亮度平缓渐变，减小突变梯度，改善图像质量；方法：邻域平均法、中值滤波、多图像平均、频域低通法等；用途：改善图像质量和抽出对象特征。10、图像锐化的物理意义是什麽？通常有几种方法？有何用途？物理意义：采用微分的方式，使相邻像素点灰度值差值加大，增强图像边缘以及灰度跳变部分；方法：梯度法、拉普拉斯运算法、高通滤波法；用途：图像分离和区域检测机器视觉作业整理10计算题：1、试给出把灰度范围（0，10）拉伸为（0，15），把灰度范围（10，20）移到（15，25），并把灰度范围（20，30）压缩为（25，30）的变换方程。拉伸：),(),(yxfyxg23平移：5),(),(yxfyxg压缩：1521),(),(yxfyxg2、有一幅图像受到干扰，图1中有若干个亮点（灰度值为255），如图所示。试问此类图像如何处理，并将处理后的图像画出来。图1采用3×1的方格的中值滤波3、数字图像增强中拉普拉斯算子常用什麽形式？试用拉普拉斯算子对图2进行增强运算，并将增强后的图像画出来。00000000000000000001111000011110000111100001111000000000000000000？？？？？？232433333433334546