机器视觉空瓶检测案例设计
2.4 图像采集卡
图像采集卡是视频信号从相机到电脑之间传输的桥梁。目前大多数相机还是模拟信号输出，图像采集卡则将各种模拟视频信号经a/d转换成数字信号送入计算机，供计算机作处理、存储、传输等之用。选择图像采集卡要考虑以下几个方面：
（1） 视频输入的格式和数据传输率：大多数摄像机使用rs422或者eia644作为输出信号格式，这样图像采集卡就需要支持系统使用的摄像机所采用的输出信号格式。从灵活性来说，如果两种格式都支持就更好。当摄像机以较高的速度拍摄高分辨率图像后， 会产生很高的输出速率， 这时摄像机一般使用多路信号同时输出，而图像采集卡必须能够支持多路输入及摄像机的输出速率。
（2） 数据的吞吐量：当图像采集卡的信号输入速率较高时，需要考虑图像采集卡与图像处理系统之间的带宽问题。在使用pc时，图像采集卡使用pci接口。pci接口的理论峰值带宽为132mb/s。但在实际使用中， 多数计算机上pci接口的平均数据传输率为50～90mb/s，有可能在瞬间高传输率时不能满足传输的需要。为了避免与其他pci设备产生冲突时丢失数据，图像采集卡上应有数据缓存。在一般情况下， 有2mb的板载存储器可以满足大部分的任务要求。
（3） 数字i/o控制：在机器视觉系统中，输入/输出的控制很重要。系统中常要根据处理过程的需要来决定摄像机的拍摄时间。如果采用了可重设的摄像机，需要产生重设信号。在一些系统中，由于需要设定拍摄的帧率，应该有像素时钟发生器。外同步是指不同的视频设备之间用同一同步信号来保证视频信号的同步，它可以保证不同设备输出的视频信号具有相同的帧行起止时间。为了实现外同步，需要给摄像机输入一个复合同步信号或复合视频信号。如果图像采集卡已经具有数字i/o功能，能够产生摄像机和其他电子设备所需的选通、触发及其他电子信号，对系统是很有用的， 否则将需要独立的数字i/o 卡。
2.5 pc平台
本系统中pc平台用于接受图像采集卡输出的图像，然后由图像处理软件进行预处理、分析和识别，判断空瓶质量的好坏，最后将判断结果发送给plc。由于图像采集卡和图像处理软件的运行都消耗很大的系统资源，因此应当选用高性能的工控机作为pc平台，保证系统快速稳定的运行。
2.6 控制单元
本系统选用plc作为底层控制器，它通过i/o口与光电传感器，编码器，击出器，图像采集子系统等相连，通过图像采集子系统控制ccd摄像机的拍摄以及直接控制击出器的动作。同时plc通过485总线与工控机连接，接收工控机传来的控制信息和系统参数等。
在系统运行过程中，plc负责及时地通知图像采集子系统启动ccd摄像机，抓拍处于拍摄位置的空瓶。为了达到这一目的，需要使用光电传感器来检测空瓶的位置。在系统中使用了反射式光电传感器，这种光电传感器在没有接收到从反光板反射回来的光束时，就会输出触发信号。将光电传感器安装到ccd摄像机拍摄位置旁，把输出接到plc的i/o输入口上。当没有空瓶经过时，光电传感器可以接收到反射光束，没有输出信号，而当有空瓶经过时，光电传感器无法接收到返回的光束，于是输出触发信号。plc从输入口接收到此信号后，即可判定空瓶已到达拍摄位置，从i/o输出口输出启动信号给图像采集系统，启动ccd摄像机，摄像机及时进行拍摄，获取被检空瓶的图像。
在专门的信息处理模块对获取的图像信息进行分析处理后，将得出空瓶质量是否合格的结论。如果不合格，主控的工控机就会通过485总线发出控制命令，要求plc控制击出器击出该空瓶。plc在接到击出命令后，需要标定不合格空瓶，并追踪其位置，当不合格空瓶到达击出器所在位置时控制击器动作，击出不合格空瓶。为了确定需击出空瓶位置，在系统中使用一个编码器与驱动传送带的电机相连，当电机转动时，编码器相应发出脉冲。计算脉冲的数目，即可知道传送带运动的距离。这样一来，如果能测出不合格空瓶要运动多长距离才到达击出位置就能将其准确击出。可以在事先把编码器的脉冲输出与plc的i/o输入口相连，然后在传送带上放一空瓶，让其依次经过检测位置和击出位置，plc使用计数器记下此过程中脉冲的数目，这一数值即对应着检测位置和击出位置之间的距离。
3 视觉处理软件
视觉处理软件是基于pc的机器视觉系统的重要组成部分，主要通过对图像的分析、处理和识别，实现对特定目标特征的处理。视觉处理软件的编写非常复杂，如果从底层开始编写，往往需要很长的开发周期，而且自己编写的软件在运行速度、稳定性等方面也很难达到要求。为了满足系统集成商和终端用户的需求，图像采集卡的生产厂家都为自己的产品开发了相应的图像处理软件包。这样，我们就可以将工作重心放在软件应用层面的开发上，使用这些软件包进行二次开发，节约了开发成本。因此，在对整个机器视觉系统选型时，应该根据系统应完成的功能和图像采集卡厂家提供的软件包的功能来对图像采集卡进行选型。图像采集卡厂家提供的软件包应具备以下的功能：
边缘寻找功能：边缘寻找是图像处理中最为基本也是最为常用的工具。通过边缘寻找，将所拍图像中的目标与背景区分开，减少处理象素数，提高软件处理速度。
目标定位功能：当被测空瓶在生产线上高速顺序地通过相机的拍摄区域时，由于生产线的不稳定和拍摄时间的误差，各个空瓶会出现在拍摄图像的不同区域。通过目标定位功能，使处理软件中的感兴趣区域（roi）随着工件在图像中位置的变化而变化，始终定位在工件的关键部位。
图像预处理功能：包括二值化、边缘锐化、反差调节等等，通过适当的预处理算法，可以突出目标图像、提高图像分析速度和简化分析过程，是必不可少的功能。
字符读取功能（ocr）：对于主要应用于各种字符读取的视觉系统来说，此功能尤为重要。
接口功能：软件包应该能够方便的和其他软件或控件接口，一起运行。
4 结束语
基于pc的机器视觉系统具有高速度、高精度、高度自动化的特点，集成了当今先进的传感器、计算机、数字图像处理和机器视觉技术，可广泛应用于工业制造、电子半导体、包装、农业、医药和啤酒生产等领域，可以大幅度提高了现有生产线的自动化水平，保障产品质量，提高生产效率。但是我国机器视觉的研究起步比较晚，目前市场上的该类设备仍然主要依靠进口。随着社会生产力水平的不断提高和工厂自动化程度的提高，此项技术的应用前景非常广阔，只有在理论和实际技术上进行深入的研究和探索，才能缩小和国外先进技术的差距，占领国内机器视觉市场。
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