1.5　機器視覺的功能與精度

機器視覺的功能，與人眼相似，簡單來說就是判斷和測量。每項功能又包含了豐富的內容。判斷功能可以分為有沒有、是不是、缺陷等的判斷，一般不需要借助工具。測量功能包括尺寸、形狀、角度等幾何參數的測量和速度、加速度等運動參數的測量。像人眼一樣，測量功能一般需要借助工具。例如，要求0.1mm的尺寸誤差，人眼測量一般需要借助精度為0.1mm以上的卡尺。而機器視覺測量，除了需要借助0.1mm的卡尺（標定物）之外，還需要相機有足夠的解像度，也就是說需要一個像素所代表的實際尺寸能夠小于等于0.1mm。對于不同的功能，雖然精度的概念不一樣，但是測量時需要鏡頭焦距固定、預先標定是其共同的特點。以下分別說明不同功能的精度。

（1）判斷功能

判斷功能也有精度問題。如圖1.11所示，只有缺陷的大小在圖像上用人眼能夠看出來，才能進行自動判斷。對于靜態圖像，只要缺陷的面積大于物體自身的紋理結構就可以判斷。而對于生產線上的動態判斷，除了缺陷的靜態大小之外，還需要考慮生產線運行速度和相機采集幀率的關系。例如，假設生產線運動速度是每秒100毫米（100mm/s），相機的圖像采集幀率是每秒100幀（100fps），那么每幀圖像間的位移就是1mm，這樣1mm以下的缺陷就判斷不了。

（2）精密測量

如圖1.12所示，精密測量一般用于對靜態目標的尺寸測量，攝像頭垂直于被測量目標進行圖像采集，通過在測量平臺放置標尺來進行相機標定。

圖1.13是相機標定的實例。圖面上“2”到“3”的白線代表實際距離的1cm，總共有146個像素，那么確定后一個像素就表示1/146（0.00685）cm。

（3）攝影測量

攝影測量（也叫攝像測量）分為單目測量和雙目測量，測量內容一般包括位置、距離、角度等。單目測量就是用一臺攝像機拍攝一幅圖像，根據標定數據推算測量數據，如圖1.14（a）所示，在攝像機視野中心附近有個平鋪在地上的標定物。雙目攝影測量是用兩臺相機同時拍攝兩幅圖像，根據標定數據和測量的圖像數據計算出被測物體的三維數據，如圖1.14（b）所示，幾個豎直桿是其標定物。

攝影測量與上述精密測量的最大差別是，攝影測量的相機一般是斜對被測物體，由于相機有傾斜角度，而且一般視野比較大，不能簡單地用某處像素所代表的實際大小來作為標定值，需要經過幾何透視變換來計算標定矩陣，這也決定了攝影測量一般不會有很高的精度，攝影測量的精度表達方式一般是用百分數來表示相對精度，例如，誤差1%等，而不是用毫米或者厘米等來表示絕對數精度。根據經驗，10m之內的測量誤差一般在5%之內，距離越遠誤差越大，被測物偏離標定物越遠，誤差也越大。

（4）運動測量

運動測量的內容一般包括位置、距離、速度、加速度、角度、角速度和角加速度。其中的位置、距離和角度就是上述攝像測量的內容。因此，也可以說，運動測量就是對運動目標的連續攝像測量。速度、加速度、角速度和角加速度等運動參數則是由目標在每個幀上的位置、距離和角度等數據結合幀間的時間差計算獲得。幀間的時間差也就是幀率，例如，30fps幀率的幀間時間差就是1/30s（0.3333s）。圖1.15是一個二維運動測量的標定界面，上面包含了距離比例標定、時間（幀率）標定和用于原點選定的坐標變換。三維標定比較復雜，將在后面的章節說明。

運動測量的精度和攝影測量相似，一般精度不高，也是用相對精度來描述。