鋰電行業(yè)高精度、高效率的多相機(jī)尺寸檢測(cè)

2023-01-16 16:23:45 精質(zhì)視覺

　　尺寸檢測(cè)是視覺系統(tǒng)最基礎(chǔ)的功能之一，我們使用單相機(jī)尺寸檢測(cè)、多相機(jī)尺寸檢測(cè)的項(xiàng)目可以說是數(shù)不勝數(shù)，但同時(shí)滿足高精度及高效率的多相機(jī)尺寸檢測(cè)并非一件容易的事情。則完美的實(shí)現(xiàn)了多相機(jī)尺寸檢測(cè)高效率高精度檢測(cè)，滿足鋰電卷繞機(jī)的高速生產(chǎn)及高精度檢測(cè)要求，為電池成型的安全性保駕護(hù)航。

　　要實(shí)現(xiàn)高精度、高效率的多相機(jī)尺寸檢測(cè)，有三大核心步驟：

　　合適的光學(xué)方案

　　光學(xué)方案的好壞決定了整個(gè)視覺檢測(cè)系統(tǒng)的成敗。應(yīng)對(duì)高精度、高效率的多相機(jī)尺寸檢測(cè)場(chǎng)合，優(yōu)異的光學(xué)方案自然是首要條件。我們對(duì)檢測(cè)內(nèi)容進(jìn)行拆解，其主要要求是高精度與高效率，那么我們主要考慮的分別是幀率要多快、曝光方式是全局還是卷簾、像素當(dāng)量選多大、過渡帶有多少等。

　　首先幀率的選擇，我們知道相機(jī)的幀率表示相機(jī)采集圖像的頻率，通常面陣相機(jī)用幀率表示，單位fps(fr ame Per second)，如30fps，表示相機(jī)在1 秒鐘內(nèi)最多能采集30 幀圖像。幀率選擇的主要依據(jù)是根據(jù)設(shè)備的生產(chǎn)速度要求，推算需要的相機(jī)每秒至少需要拍攝的次數(shù)，則可確定幀率要求。

　　有了幀率的數(shù)據(jù)之后，我們還要根據(jù)拍攝過程中被檢測(cè)物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是靜止的還是運(yùn)動(dòng)的來確定我們選用哪種曝光方式，卷簾快門的特征是逐行曝光，不適合拍攝快速運(yùn)動(dòng)的物體，而全局曝光在光圈打開后，整個(gè)芯片同時(shí)曝光，更加適合拍攝快速運(yùn)動(dòng)的物體。在滿足了高效率方面的要求后，我們需要根據(jù)高精度進(jìn)行光學(xué)方案的整體選擇，保證像素當(dāng)量滿足最小檢測(cè)精度要求，且整個(gè)光學(xué)方案的最終采集圖像的過渡帶盡可能的小。在卷繞機(jī)中，我們選擇幀率高達(dá)60的全局曝光相機(jī)，結(jié)合紅外光源，實(shí)現(xiàn)過渡帶<3pixel，像素當(dāng)量為0.04mm左右，滿足高速高精度的檢測(cè)要求。

　　光學(xué)方案

　　優(yōu)異的算法

　　有了高質(zhì)量的圖片之后，高精度高效率的算法則有了更大的用武之地。南工業(yè)視覺檢測(cè)平臺(tái)搭載了優(yōu)異的抓邊算法工具，可實(shí)現(xiàn)亞像素級(jí)別的直線抓取，多達(dá)十余種檢測(cè)參數(shù)，可靈活應(yīng)對(duì)不同場(chǎng)景的直線檢測(cè)參數(shù)設(shè)置。

　　掃描方向：點(diǎn)擊切換方向，可對(duì)ROI中掃描線的掃描方向進(jìn)行切換。

　　邊緣極性：有任意極性、由暗到明、由明到暗三個(gè)選項(xiàng)，默認(rèn)為任意極性。

　　調(diào)參建議：可以通過掃描方向和邊緣極性2個(gè)參數(shù)相互設(shè)置，使ROI中直線在想要抓取檢測(cè)出直線的位置。

　　采樣次數(shù)：即ROI中掃描線的數(shù)量，默認(rèn)30，范圍為5-1000，值越大耗時(shí)越高。

　　梯度閾值：沿掃描線方向圖像邊緣寬度前后的邊緣灰度值差異，默認(rèn)30，范圍為0-255。閾值設(shè)置太高，直線容易檢測(cè)不到;設(shè)置太低，直線容易誤抓邊。

　　自適應(yīng)梯度閾值：勾選自適應(yīng)閾值，會(huì)自動(dòng)根據(jù)抓取的直線進(jìn)行閾值調(diào)整。

　　邊緣寬度：沿掃描線方向檢測(cè)梯度變化的寬度，范圍為1-15。值越大，可以檢測(cè)梯度變化的范圍越寬，即可以抓取邊緣過渡越緩慢的模糊邊，但如果2個(gè)邊緣離得太近，設(shè)置過大可能導(dǎo)致邊緣丟失。

　　調(diào)參建議：梯度閾值和邊緣寬度一般結(jié)合起來進(jìn)行設(shè)置，對(duì)于邊緣較清晰的圖像，可以適當(dāng)減小邊緣寬度，防止抓邊偏移;對(duì)于邊緣過渡較緩慢的模糊邊，可以適當(dāng)增加邊緣寬度。注意，在增加邊緣寬度的同時(shí)也需要相應(yīng)增加梯度閾值，否則容易出現(xiàn)誤抓邊。

　　濾波瓣寬：默認(rèn)5，范圍為1-20。其值越大，消除噪聲干擾越強(qiáng)，但耗時(shí)也會(huì)相應(yīng)增加。

　　剔除閾值：直線到想要剔除的點(diǎn)的距離，默認(rèn)1000，范圍0.1-1000。比如剔除設(shè)置為10，可以剔除掉所有抓取到的距離直線像素距離大于10的點(diǎn)，剔除的點(diǎn)為離群點(diǎn)，剩余的點(diǎn)為邊緣點(diǎn)。

　　擬合方法：有Huber、Tukey、最小二乘和眾數(shù)4種擬合方式，對(duì)邊緣點(diǎn)進(jìn)行直線擬合。其中最小二乘、Tukey受離群點(diǎn)的干擾較大，Huber優(yōu)于最小二乘、Tukey，但離群點(diǎn)也對(duì)其存在影響，推薦使用眾數(shù)擬合方式。

　　邊緣敏感度(是否啟用)：?jiǎn)⒂煤髸?huì)沿掃描線找到所有滿足條件的邊緣點(diǎn)再次進(jìn)行篩選，影響耗時(shí)，一般不啟用。

　　邊緣模式：由第一條邊和最強(qiáng)邊兩種模式選擇。第一條邊檢測(cè)，沿掃描線方向梯度閾值變化滿足條件第一條邊;最強(qiáng)邊檢測(cè)，沿掃描線方向的梯度閾值變化最大的邊緣點(diǎn)擬合為的直線。

　　角度范圍：檢測(cè)角度在角度范圍中的直線，范圍為-180到180，范圍越大耗時(shí)越高。

　　線寬：掃描線和直線的寬度。

　　除了檢測(cè)類參數(shù)，該平臺(tái)還具有靈活的ROI設(shè)置功能，不僅可以跟隨形狀匹配等工具提供的相對(duì)坐標(biāo)系，還可通過腳本工具生成特定ROI，實(shí)現(xiàn)在極小的波動(dòng)范圍內(nèi)，精確的抓取每一條直線。如下圖所示：假設(shè)現(xiàn)在需要檢測(cè)三條直線，由于受到來料的影響，右側(cè)黑色區(qū)域可能會(huì)出現(xiàn)干擾線，因此對(duì)內(nèi)側(cè)的抓邊準(zhǔn)確性要求極高。

　　此時(shí)，左側(cè)相對(duì)固定的直線(隔膜)作為參考線，使用腳本工具首先生成對(duì)于中間(AT9)的檢測(cè)ROI，然后根據(jù)AT9的檢測(cè)結(jié)果，生成右側(cè)(陰極)的檢測(cè)ROI，實(shí)現(xiàn)對(duì)右側(cè)(陰極)的精確檢測(cè)，減少右側(cè)黑色區(qū)域的干擾。

　　工業(yè)視覺檢測(cè)平臺(tái)

　　有了圖像也有了算法，多相機(jī)間如何實(shí)現(xiàn)相機(jī)間的尺寸檢測(cè)，并保持高效率的運(yùn)行，工業(yè)視覺檢測(cè)平臺(tái)是我們的關(guān)鍵。通過平臺(tái)軟件，不僅可以實(shí)現(xiàn)多相機(jī)之間的數(shù)據(jù)計(jì)算，還可按照客戶要求定制JOB界面(如下)。

　　總的來說，工業(yè)視覺檢測(cè)平臺(tái)有六大特點(diǎn)：強(qiáng)大的視覺算法工具、簡(jiǎn)單易用的編程形式、向?qū)綐?biāo)定、靈活的引用關(guān)系、豐富的邏輯控制工具及支持多種通訊方式。利用好這些工具與優(yōu)勢(shì)，可以使我們的工作事半功倍。