機(jī)器視覺系統(tǒng)五大模塊，選擇機(jī)器視覺的重要因素

一個(gè)典型的機(jī)器視覺系統(tǒng)主要包括五大模塊，分別是照明、鏡頭、相機(jī)、圖像采集和視覺處理器。

下面，我們就來認(rèn)識(shí)一下這五個(gè)結(jié)構(gòu)的用途、特點(diǎn)與工作情況。

光源

光源是影響機(jī)器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素，它直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和應(yīng)用效果。

照明系統(tǒng)可以將被測物特征最大化，并減少相應(yīng)的背景中對(duì)比物的影響，使高速相機(jī)可以清晰地“看見”被測物。

高對(duì)比的圖像可以降低系統(tǒng)難度并提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性;反之，低對(duì)比的圖像會(huì)增加系統(tǒng)的處理時(shí)間并使加大系統(tǒng)的復(fù)雜度。

機(jī)器視覺應(yīng)用的成功很大一部分取決于照明設(shè)置，一個(gè)合適的照明系統(tǒng)可以使整個(gè)視覺檢測系統(tǒng)更具有效率和準(zhǔn)確性。

由于沒有通用的機(jī)器視覺照明設(shè)備，所以針對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用實(shí)例，要選擇相應(yīng)的照明裝置，以達(dá)到最佳效果。

光源可分為可見光和不可見光。常用的幾種可見光源是白熾燈、日光燈、水銀燈和鈉光燈。

可見光的缺點(diǎn)是光能不能保持穩(wěn)定。如何使光能在一定的程度上保持穩(wěn)定，是實(shí)用化過程中急需要解決的問題。

另一方面，環(huán)境光有可能影響圖像的質(zhì)量，所以可采用加防護(hù)屏的方法來減少環(huán)境光的影響。

照明系統(tǒng)按其照射方法可分為：背向照明、前向照明、結(jié)構(gòu)光和頻閃光照明等。

其中，背向照明是被測物放在光源和攝像機(jī)之間，它的優(yōu)點(diǎn)是能獲得高對(duì)比度的圖像。

前向照明是光源和攝像機(jī)位于被測物的同側(cè)，這種方式便于安裝。

結(jié)構(gòu)光照明是將光柵或線光源等投射到被測物上，根據(jù)它們產(chǎn)生的畸變，解調(diào)出被測物的三維信息。

頻閃光照明是將高頻率的光脈沖照射到物體上，攝像機(jī)拍攝要求與光源同步。

機(jī)器視覺照明要點(diǎn)有使用強(qiáng)光檢測缺失的材料、使用合適的波長進(jìn)行精確定位、使用非散射照明檢測玻璃裂縫、使用擴(kuò)散光檢查透明包裝、使用顏色來創(chuàng)建對(duì)比度等。

鏡頭

相機(jī)鏡頭由多個(gè)透鏡、可變(亮度)光圈和對(duì)焦環(huán)組成。使用時(shí)由操作者觀察相機(jī)顯示屏來調(diào)整可變光圈和焦點(diǎn)，以確保圖像的明亮程度及清晰度。

在選擇鏡頭時(shí)需要考慮多個(gè)方面的因素如焦距、目標(biāo)高度、影像高度、放大倍數(shù)、影像至目標(biāo)的距離等。

在實(shí)際應(yīng)用中“選擇與視場相符的透鏡”及“以大景深聚焦圖像”是選擇鏡頭時(shí)非常重要的兩個(gè)方面。

相機(jī)

機(jī)器視覺相機(jī)的目的是將通過鏡頭投影到傳感器的圖像傳送到能夠儲(chǔ)存、分析和(或者)顯示的機(jī)器設(shè)備上。

按照不同標(biāo)準(zhǔn)可分為不通類型的相機(jī)。

按照芯片類型可以分為CCD相機(jī)、CMOS相機(jī);按照傳感器的結(jié)構(gòu)特性可以分為線陣相機(jī)、面陣相機(jī);按照掃描方式可以分為隔行掃描相機(jī)、逐行掃描相機(jī);按照分辨率大小可以分為普通分辨率相機(jī)、高分辨率相機(jī);按照輸出信號(hào)方式可以分為模擬相機(jī)、數(shù)字相機(jī);按照輸出色彩可以分為單色(黑白)相機(jī)、彩色相機(jī);按照輸出信號(hào)速度可以分為普通速度相機(jī)、高速相機(jī);按照響應(yīng)頻率范圍可以分為可見光(普通)相機(jī)、紅外相機(jī)、紫外相機(jī)等。

CCD和CMOS是現(xiàn)在普遍采用的兩種圖像工藝技術(shù)，它們之間的主要差異在于傳送方式的不同。

主要的性能區(qū)別有噪聲差異、耗電量差異、分辨率差異、靈敏度差異、成本差異等多種不同。

選擇相機(jī)首先要明確自己的需求，第一、要先確定檢測產(chǎn)品的精度要求。第二、要確定相機(jī)要看的視野大小。第三、要確定檢測物體的速度。第四、要確定是動(dòng)態(tài)檢測還是靜態(tài)檢測。

明確需求后要確定硬件類型，主要有相面像素大小的確定、相機(jī)傳輸方式的確定和相機(jī)的觸發(fā)方式的選擇。

圖像采集

圖像采集卡對(duì)于工業(yè)和科研應(yīng)用，其目標(biāo)是從初始的視頻信號(hào)獲取一幅精確的數(shù)字圖像。

機(jī)器視覺檢測設(shè)備上的圖像采集卡主要是由視頻輸入、A/D轉(zhuǎn)換、時(shí)序及采集控制、圖像處理、總線接口及控制、輸出及控制等幾大模塊構(gòu)成。

圖像采集卡只是完整的機(jī)器視覺系統(tǒng)的一個(gè)部件，但是它扮演一個(gè)非常重要的角色。

圖像采集卡直接決定了攝像頭的接口：黑白、彩色、模擬、數(shù)字等等。