1、視覺傳感器原理和應(yīng)用介紹

導(dǎo)語：視覺傳感器是用來收集圖像和視覺信息的工具，可能許多人覺得它是一個(gè)專業(yè)性很強(qiáng)，在日常生活中并不多見的物品，其實(shí)不然，視覺傳感器在我們生活的各行各業(yè)發(fā)揮著重要作用，今天，小編就帶大家了解視覺傳感器以及它的工作原理和應(yīng)用領(lǐng)域。

什么是視覺傳感器?

視覺傳感器不是一個(gè)獨(dú)立工作的機(jī)器設(shè)備，它常常被安裝在各種其他機(jī)器上以發(fā)揮作用，它的主要作用就是收集各類視覺信息，再將這些信息傳輸給需要它的機(jī)器設(shè)備，視覺傳感器通常由一個(gè)到多個(gè)圖形傳感器組成，這些圖形傳感器通力合作來保證視覺傳感器完成工作。

我們可以提前設(shè)置視覺傳感器應(yīng)該獲取什么樣的圖像，視覺傳感器在獲取圖像后就會(huì)將圖像與設(shè)置要求進(jìn)行對(duì)比，滿足要求的保存下來，不滿足要求的圖像就會(huì)被忽略，視覺傳感器的圖像清晰度也是以像素來衡量的，目前，視覺傳感器的像素能夠達(dá)到130萬，因此，無論距離多遠(yuǎn)，它都能獲取清晰的圖像。

視覺傳感器的工作原理

一套完整的視覺傳感器會(huì)配備一個(gè)或是多個(gè)圖形傳感器，光投射器和必要的輔助設(shè)備，在發(fā)揮作用之前，相關(guān)人員需要對(duì)視覺傳感器進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置的目的是明確視覺傳感器應(yīng)該獲取的圖像的要求，這樣，一旦獲取圖像，視覺傳感器就會(huì)將它與設(shè)置的圖像信息要求做出對(duì)比、分析，符合要求的圖片會(huì)被保留下來，不滿足要求的圖片就會(huì)被放棄，視覺傳感器獲取圖像時(shí)不會(huì)受到角度的影響，即時(shí)圖像并不能完全展示在它的視野內(nèi)，視覺傳感器依然能夠過去完整、清晰的圖像。

視覺傳感器的應(yīng)用

視覺傳感器具有成本低廉、使用簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，因此它的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，包括分檢、檢測(cè)、計(jì)量、測(cè)量、定向等多個(gè)領(lǐng)域，在節(jié)省勞動(dòng)力，提高工作效率上面發(fā)揮巨大作用。

在生產(chǎn)車間的包裝作業(yè)部分經(jīng)常使用到視覺傳感器，視覺傳感器在這里的作用主要是檢查包裝標(biāo)簽粘貼的位置是否正確，包裝內(nèi)產(chǎn)品的數(shù)量是否滿足要求，或者是包裝物是否存在損壞、變質(zhì)的問題等等，在汽車組裝業(yè)，視覺傳感器也發(fā)揮了重要作用，它可以檢測(cè)汽車各個(gè)部位是否完好，組裝是否正確，關(guān)鍵部位是否安全可靠等，在裝瓶也，視覺傳感器能夠檢測(cè)瓶蓋是否蓋好、蓋緊，瓶?jī)?nèi)是否進(jìn)入雜質(zhì)等，無論在那個(gè)行業(yè)，視覺傳感器都大大節(jié)省了人力，提高了工作效率。

2、視覺傳感器分類視覺傳感器工作原理

視覺傳感器的低成本和易用性已吸引機(jī)器設(shè)計(jì)師和工藝工程師將其集成入各類曾經(jīng)依賴人工、多個(gè)光電傳感器，或根本不檢驗(yàn)的應(yīng)用。視覺傳感器的工業(yè)應(yīng)用包括檢驗(yàn)、計(jì)量、測(cè)量、定向、瑕疵檢測(cè)和分撿。下面小編為大家介紹視覺傳感器分類及視覺傳感器工作原理。

視覺傳感器分類

1、電荷耦合器件，它使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。

2、互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體CMOS，主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N和P級(jí)的半導(dǎo)體，這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀(jì)錄和解讀成影像。CCD型圖像傳感器噪聲低，在很暗的環(huán)境條件下性能仍舊良好。CMOS型圖像傳感器質(zhì)量高，可用低壓電源驅(qū)動(dòng)且外圍電路簡(jiǎn)單。

視覺傳感器工作原理

視覺傳感器具有從一整幅圖像捕獲光線的數(shù)以千計(jì)像素的能力，無論距離目標(biāo)數(shù)米或數(shù)厘米遠(yuǎn)，傳感器都能“看到”十分細(xì)膩的目標(biāo)圖像。在捕獲圖像之后，視覺傳感器將其與內(nèi)存中存儲(chǔ)的基準(zhǔn)圖像進(jìn)行比較，以做出分析。例如，若視覺傳感器被設(shè)定為辨別正確地插有八顆螺栓的機(jī)器部件，則傳感器知道應(yīng)該拒收只有七顆螺栓的部件，或者螺栓未對(duì)準(zhǔn)的部件。此外，無論該機(jī)器部件位于視場(chǎng)中的哪個(gè)位置，無論該部件是否在360度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，視覺傳感器都能做出判斷。

視覺傳感器應(yīng)用

1、針對(duì)不同的汽車組裝廠當(dāng)中，而視覺傳感器在這個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中主要是負(fù)責(zé)檢驗(yàn)由機(jī)器人進(jìn)行操作的相關(guān)車門邊框的膠珠是不是符合標(biāo)準(zhǔn)，有沒有保持正確的寬度。

2、視覺傳感器的應(yīng)用還包括各類瓶裝廠，而視覺傳感器的存在可以幫助大家校驗(yàn)瓶蓋的組裝是不是達(dá)到了正確密封的標(biāo)準(zhǔn)。除此之外，還可以檢查瓶?jī)?nèi)的裝灌液位是不是符合標(biāo)準(zhǔn)。不僅如此，還能視覺傳感器還能檢查瓶子在封蓋之前，是否有異物掉到了瓶?jī)?nèi)。

3、視覺傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域還包括了各種普通的包裝生產(chǎn)廠，在這類廠商當(dāng)中視覺傳感器可以檢查相關(guān)的位置有沒有貼上符合標(biāo)準(zhǔn)的包裝標(biāo)簽等。

4、在各類藥品包裝生產(chǎn)線當(dāng)中，視覺傳感器可以檢查阿司匹林藥品的包裝內(nèi)是不是存在各種破損、缺失藥片等情況。

3、超聲波雷達(dá)和視覺傳感器的區(qū)別

1、超聲波雷達(dá)和視覺傳感器的區(qū)別：原理不同。視覺傳感器是視覺源于生物界獲取外部環(huán)境信息的一種方式，是自然界生物獲取信息的最有效手段。超聲波雷達(dá)則利用測(cè)量超聲波發(fā)射脈沖和接收脈沖的時(shí)間差，再結(jié)合超聲波在空氣中傳輸?shù)乃俣葋碛?jì)算距離。這是二者最大的區(qū)別。

2、超聲波雷達(dá)和視覺傳感器的區(qū)別：應(yīng)用場(chǎng)合不同。視覺傳感器廣泛應(yīng)用于軍事、科研、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域與部門的檢測(cè)系統(tǒng)中，成為現(xiàn)代檢測(cè)設(shè)備中必不可少的中心環(huán)節(jié)。超聲波雷達(dá)主要應(yīng)用于機(jī)器人、工業(yè)測(cè)距、醫(yī)療測(cè)距等領(lǐng)域。

4、視覺傳感器的全天候工作能力是強(qiáng)還是弱

視覺傳感器的全天候工作能力是強(qiáng)還是弱

是挺強(qiáng)的，從輸出維度的角度來看，基于視覺傳感器的感知方法可以分為2D感知和3D感知兩種。專欄之前的文章也分別對(duì)這兩種感知任務(wù)做了詳細(xì)的介紹。

視覺傳感器：2D感知算法

視覺傳感器：3D感知算法

從傳感器的數(shù)量上看，視覺感知系統(tǒng)也分為單目系統(tǒng)，雙目系統(tǒng)，以及多目系統(tǒng)。2D感知任務(wù)通常采用的是單目系統(tǒng)，這也是計(jì)算機(jī)視覺和深度學(xué)習(xí)結(jié)合最緊密的領(lǐng)域。但是自動(dòng)駕駛感知最終需要的是3D輸出，因此我們需要將2D的信息推廣到3D。在深度學(xué)習(xí)取得成功之前，通常的做法是根據(jù)目標(biāo)的先驗(yàn)大小以及目標(biāo)處于地平面上等假設(shè)來推斷目標(biāo)的深度（距離），或者采用運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行深度估計(jì)（Motion Stereo）。有了深度學(xué)習(xí)的助力之后，從大數(shù)據(jù)集中學(xué)習(xí)場(chǎng)景線索，并進(jìn)行單目深度估計(jì)成為了可行的方案。但是這種方案非常依賴于模式識(shí)別，而且很難處理數(shù)據(jù)集之外的場(chǎng)景（Corner Case）。比如施工路段的特殊工程車輛，由于數(shù)據(jù)庫中很少出現(xiàn)或者根本沒有此類樣本，視覺傳感器無法準(zhǔn)確檢測(cè)該目標(biāo)，因而也就無法判斷其距離。

雙目系統(tǒng)可以自然的獲得視差，從而估計(jì)障礙物的距離。這種系統(tǒng)對(duì)模式識(shí)別的依賴度較小，只要能在目標(biāo)上獲得穩(wěn)定的關(guān)鍵點(diǎn)，就可以完成匹配，計(jì)算視差并估計(jì)距離。但是，雙目系統(tǒng)也有以下缺點(diǎn)。首先，如果關(guān)鍵點(diǎn)無法獲取，比如在自動(dòng)駕駛中經(jīng)常引發(fā)事故的白色大貨車，如果其橫在路中央，視覺傳感器在有限的視野中很難捕捉關(guān)鍵點(diǎn)，距離的測(cè)算就會(huì)失敗。其次，雙目視覺系統(tǒng)對(duì)攝像頭之間的標(biāo)定要求非常高，一般來說都需要有非常精確的在線標(biāo)定功能。最后，雙目系統(tǒng)的計(jì)算量較大，需要算力較高的芯片來支持，一般都會(huì)采用FPGA。雙目系統(tǒng)的成本介于單目和激光雷達(dá)之間，目前也有一些OEM開始采用雙目視覺來支持不同級(jí)別的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，比如斯巴魯，奔馳，寶馬等。