VPLC系列機(jī)器視覺運(yùn)動(dòng)控制一體機(jī)快速入門（一）

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今天，正運(yùn)動(dòng)技術(shù)為大家分享一下《VPLC系列機(jī)器視覺運(yùn)動(dòng)控制一體機(jī)快速入門(一)》。

近年來隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，作為21世紀(jì)三大尖端技術(shù)之一的人工智能得到飛速發(fā)展。而視覺技術(shù)作為人工智能領(lǐng)域的一個(gè)分支，也隨之發(fā)展，各行各業(yè)也漸漸開始進(jìn)行技術(shù)變革。一些傳統(tǒng)的需要人工檢測(cè)的行業(yè)，開始逐漸采用自動(dòng)化的智能檢測(cè)方式。比如，使用相機(jī)代替人眼去觀察檢測(cè)的對(duì)象;采用程序算法來模擬人的意識(shí)進(jìn)行判斷，針對(duì)圖像信息進(jìn)行分析推理，得到圖像處理結(jié)果。

正運(yùn)動(dòng)技術(shù)將攜帶自主研發(fā)的一款VPLC視覺運(yùn)動(dòng)控制器全力支持機(jī)器視覺自動(dòng)化檢測(cè)行業(yè)的發(fā)展，為各行各業(yè)的專業(yè)人士提供機(jī)器視覺+運(yùn)動(dòng)控制的解決方案。

相機(jī)拍攝圖像時(shí)，圖像發(fā)射的光通過鏡頭在CCD 上成像，光到達(dá) CCD 的某個(gè)像素時(shí)，將根據(jù)光的強(qiáng)度產(chǎn)生相應(yīng)的電荷將該電荷的大小讀取為電信號(hào)，即可獲得各像素上光的強(qiáng)度(即像素濃度值，也可以叫灰度值)。

機(jī)器視覺的工作原理是使用光學(xué)系統(tǒng)和圖像處理設(shè)備來模擬人類視覺功能，從采集到的目標(biāo)圖像中提取信息并進(jìn)行處理，獲取所需的檢測(cè)對(duì)象信息，并加以分析和判斷，將最終結(jié)果告知給硬件設(shè)備進(jìn)行機(jī)器設(shè)備，以指引機(jī)器設(shè)備的下一步動(dòng)作。

一個(gè)完整的機(jī)器視覺系統(tǒng)由多個(gè)模塊組成，一般包括光學(xué)系統(tǒng)(光源、鏡頭、相機(jī))、圖像處理系統(tǒng)， 交互界面等。

對(duì)于機(jī)器視覺項(xiàng)目來說，檢測(cè)實(shí)現(xiàn)的前提就是圖像輸入，而圖像輸入離不開工業(yè)相機(jī)。相機(jī)是一種將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)的工具，是采集圖像的重要設(shè)備，是機(jī)器視覺系統(tǒng)中的核心部件。

相機(jī)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，尤其是用于生產(chǎn)監(jiān)控、測(cè)量任務(wù)和質(zhì)量控制等。工業(yè)數(shù)字相機(jī)通常比常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字相機(jī)更加堅(jiān)固耐用。工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境決定了工業(yè)相機(jī)必須能夠應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜多變的外部影響，如應(yīng)用于高溫、高濕、粉塵等惡劣環(huán)境。

1.分辨率

分辨率代表鏡頭記錄物體細(xì)節(jié)的能力，以每毫米能夠分辨黑白對(duì)線的數(shù)量為計(jì)量單位，“線對(duì)/毫米(lp/mm)”，分辨率越高的成像越清晰。我們常說的顯示分辨率是屏幕圖像的精密度，指圖形所能顯示像素有多少。分辨率高帶來的圖像數(shù)據(jù)量就大，一般分辨率大的相機(jī)，幀率一般都不會(huì)太高，常見相機(jī)像素分辨率如下：

640x480=307200(30萬)

1280×1024=1310720(130萬)

1600×1200=1920000(200萬)

2560×1920=4915200(500萬)

3672×2754=10112688(1000萬)

2.像素深度(Pixel Depth)

即每像素?cái)?shù)據(jù)的位數(shù)，一般常用的是8Bit，一幅彩色圖像的每個(gè)像素用R，G，B三個(gè)分量表示，若每個(gè)分量用8位，那么一個(gè)像素共用24位表示，就說像素的深度為24，每個(gè)像素可以是224種顏色中的一種。在這個(gè)意義上，往往把像素深度說成是圖像深度。表示一個(gè)像素的位數(shù)越多，它能表達(dá)的顏色數(shù)目就越多，而它的像素深度就越深。

3. 最大幀率(Frame Rate)/行頻(Line Rate)

相機(jī)采集傳輸圖像的速率，對(duì)于面陣相機(jī)一般為每秒采集的幀數(shù)(Frames/Sec.)，對(duì)于線陣相機(jī)為每秒采集的行數(shù)(Lines/Sec.)。

4. 曝光方式(Exposure)和快門速度(Shutter)

對(duì)于線陣相機(jī)都是逐行曝光的方式，可以選擇固定行頻和外觸發(fā)同步的采集方式，曝光時(shí)間可以與行周期一致，也可以設(shè)定一個(gè)固定的時(shí)間;面陣相機(jī)有幀曝光、場(chǎng)曝光和滾動(dòng)行曝光等幾種常見方式，數(shù)字相機(jī)一般都提供外觸發(fā)采圖的功能?？扉T速度一般可到10微秒，高速相機(jī)還可以更快。

5. 光譜響應(yīng)特性(Spectral Range)

是指該像元傳感器對(duì)不同光波的敏感特性，一般響應(yīng)范圍是350nm-1000nm，一些相機(jī)在靶面前加了一個(gè)濾鏡，濾除紅外光線，如果系統(tǒng)需要對(duì)紅外感光時(shí)可去掉該濾鏡。

6.接口類型

有Camera Link接口，以太網(wǎng)接口，1394接口、USB接口等。

正運(yùn)動(dòng)技術(shù)的VPLC516E是一款內(nèi)嵌開放式Linux系統(tǒng)的視覺運(yùn)動(dòng)控制器，是國(guó)內(nèi)首款嵌入式運(yùn)動(dòng)控制+機(jī)器視覺于一身的一體機(jī)。圖片

ZDevelop是正運(yùn)動(dòng)技術(shù)自主開發(fā)的調(diào)試軟件，通過它用戶能夠很容易的對(duì)控制器進(jìn)行配置快速開發(fā)應(yīng)用程序以及對(duì)運(yùn)動(dòng)控制器正在運(yùn)行的程序進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)試，ZDevelop軟件可通過使用串口或網(wǎng)口連接控制器，程序下載到控制器時(shí)可選ROM掉電保存下載或RAM掉電不保存下載方式，掉電保存的程序可以直接脫機(jī)運(yùn)行。

支持四種編程方式，分別為Zvision、ZBasic、ZPLC梯形圖、ZHMI組態(tài)界面，使用ZDevelop軟件編寫的程序可以下載到正運(yùn)動(dòng)控制器里，也可以在PC平臺(tái)仿真運(yùn)行。

ZVision Basic是正運(yùn)動(dòng)技術(shù)自主開發(fā)的視覺編程語言，通過視覺指令在ZDevelop軟件中進(jìn)行視覺程序的開發(fā)，編寫完項(xiàng)目程序后可直接下載入VPLC控制器進(jìn)行操作。

ZVision Basic語言具有標(biāo)準(zhǔn)的命名規(guī)則，簡(jiǎn)單易懂，能夠用簡(jiǎn)短的視覺指令就能完成視覺功能的實(shí)現(xiàn)，目前支持視覺定位，視覺測(cè)量，數(shù)據(jù)碼識(shí)別，Blob塊狀物檢測(cè)，缺陷檢測(cè)等多種視覺算子。

下面介紹一個(gè)簡(jiǎn)單的圖像處理的例子。首先在ZDevelop中利用圖像采集接口，使用網(wǎng)口相機(jī)實(shí)時(shí)拍攝圖像。采集到圖像后對(duì)圖像進(jìn)行簡(jiǎn)單的閾值分割處理，將有物體的區(qū)域標(biāo)記出來，進(jìn)行對(duì)圖像中的區(qū)域統(tǒng)計(jì)零件數(shù)量

(1)首先在ZDevelop新建hmi界面，創(chuàng)建一個(gè)圖片元件窗口，設(shè)置相關(guān)的鎖存通道編號(hào)。

(2)采集圖像，如果需要連續(xù)地采集圖像，要建立圖像采集循環(huán)在循環(huán)中使用。

(3)簡(jiǎn)單處理圖像。獲取到圖像保存到GrabImg變量中，接下來根據(jù)圖像進(jìn)一步處理，接下來根據(jù)圖像進(jìn)一步處理，如二值化處理、膨脹、腐蝕、開閉運(yùn)算等處理，以獲取到清晰的圖像質(zhì)量為主。本例中相機(jī)使用的是黑白相機(jī)，如果使用的是彩色相機(jī)則需要通過ZV_RGBTOGRAY將原始圖像改為單通道的灰度圖像，開始生成整個(gè)圖像的區(qū)域，對(duì)整個(gè)圖像的區(qū)域進(jìn)行二值處理，將區(qū)域中黑色部分提取出來存放到區(qū)域變量中。

(4)接著使用ZV_RECONNECT指令計(jì)算生成連通區(qū)域列表，通過ZV_REFILTER指令將列表中面積合適的區(qū)域提取出來，排除干擾的小雜點(diǎn)，提取出每個(gè)區(qū)域并且進(jìn)行繪制ZV_REGION將區(qū)域繪制出來。

(5)零件數(shù)量獲取使用ZV_LISTCOUNT，將區(qū)域列表中的數(shù)量獲取到寄存器TABLE 數(shù)組TABLE(0)中。

ZVOBJECT ShowImg,ColorGrabImg,Region,MASk,RegionConnecte,BinaryImage,Region_Id

DIM Count,ShowString(100),File_Name(100)

Count=0

while 1

if Count=6 then

Count=0

end if

File_Name=TOSTR(Count,1,0)+".bmp"

ZV_READIMAGE(ShowImg,File_Name,1) '讀取本地圖像

ZV_LATCH(ShowImg,0) '顯示圖像

ZV_REGENFULLIMG(ShowImg,Mask) '全圖像區(qū)域處理

ZV_RETHRESH(ShowImg,Mask,Region,0,128) '對(duì)Mask 指定區(qū)域內(nèi)圖像進(jìn)行二值化,生成二值化后的區(qū)域

ZV_REFILLUP(Region,Region) '孔洞填充，去除零件中的白色部分

ZV_RECONNECT(Region,RegionConnecte) '計(jì)算區(qū)域的連通區(qū)域

ZV_REFILTER(RegionConnecte,0,1500,15000,0) '對(duì)區(qū)域列表中的區(qū)域進(jìn)行過濾，保留面積在1500到15000的區(qū)域，面積不在此范圍的區(qū)域?qū)⒈贿^濾

ZV_LISTCOUNT(RegionConnecte,0)'獲取列表中的連通區(qū)域的數(shù)量

ZV_GRAYTORGB(ShowImg,ShowImg) '灰度圖像轉(zhuǎn)RGB圖像

DELAY(100)

PRINT "零件數(shù)量為："tostr(TABLE(0),1,0) '打印輸出結(jié)果

for i=0 to TABLE(0)-1 '遍歷輸出圖像顯示

ZV_IMGCOPY(ShowImg,ColorGrabImg)

ShowString=TOSTR(i+1,1,0)

ZV_LISTGET(RegionConnecte,Region_Id,i)'獲取列表中序號(hào)為0的元素

ZV_REGION(ColorGrabImg,Region_Id,0,zv_color(0,0,255)) '對(duì)每個(gè)區(qū)域進(jìn)行繪制紅色

ZV_TEXT(ColorGrabImg,"零件統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)："ShowString,10,10,120,ZV_COLOR(255,255,0))

ZV_LATCH(ColorGrabImg,1)

ZV_CLEAR(ColorGrabImg)

DELAY(50)

next

DELAY(100)

Count=Count+1

wend

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