機(jī)器視覺，就是用機(jī)器代替人眼來做測(cè)量和判斷,。機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過機(jī)器視覺產(chǎn)品（即圖像攝取裝置,，分 CMOS 和CCD 兩種）將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào),，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度,、顏色等信息,，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)；圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征,，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作,。

　　視覺系統(tǒng)組成部分：

　　1.照明光源 2.鏡頭 3.工業(yè)攝像機(jī) 4.圖像采集/處理卡 5.圖像處理系統(tǒng) 6.其它外部設(shè)備

　　一、相機(jī)篇

　　工業(yè)相機(jī)又俗稱攝像機(jī),，相比于傳統(tǒng)的民用相機(jī)（攝像機(jī)）而言,，它具有高的圖像穩(wěn)定性、高傳輸能力和高抗干擾能力等,，目前市面上工業(yè)相機(jī)大多是基于CCD（Charge Coupled Device）或CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）芯片的相機(jī),。   其中，CCD是目前機(jī)器視覺最為常用的圖像傳感器,。它集光電轉(zhuǎn)換及電荷存貯,、電荷轉(zhuǎn)移、信號(hào)讀取于一體，是典型的固體成像器件,。

　　CCD的突出特點(diǎn)是以電荷作為信號(hào),，而不同于其它器件是以電流或者電壓為信號(hào)。這類成像器件通過光電轉(zhuǎn)換形成電荷包,，而后在驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下轉(zhuǎn)移,、放大輸出圖像信號(hào)。   典型的CCD相機(jī)由光學(xué)鏡頭,、時(shí)序及同步信號(hào)發(fā)生器,、垂直驅(qū)動(dòng)器、模擬/數(shù)字信號(hào)處理電路組成,。CCD作為一種功能器件,，與真空管相比，具有無灼傷,、無滯后,、低電壓工作、低功耗等優(yōu)點(diǎn),。

　　CMOS圖像傳感器的開發(fā)則最早出現(xiàn)在20世紀(jì)70 年代初,，90 年代初期，隨著超大規(guī)模集成電路 （VLSI） 制造工藝技術(shù)的發(fā)展,，CMOS圖像傳感器得到迅速發(fā)展,。   CMOS圖像傳感器將光敏元陣列、圖像信號(hào)放大器,、信號(hào)讀取電路,、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、圖像信號(hào)處理器及控制器集成在一塊芯片上,，還具有局部像素的編程隨機(jī)訪問的優(yōu)點(diǎn),。   目前，CMOS圖像傳感器以其良好的集成性,、低功耗,、高速傳輸和寬動(dòng)態(tài)范圍等特點(diǎn)在高分辨率和高速場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。

　　分類：

　　任何東西一定有它自己的分類標(biāo)準(zhǔn),，工業(yè)相機(jī)也不例外,。

　　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,。

　　區(qū)別：

　　1,、性能穩(wěn)定可靠易于安裝，相機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊結(jié)實(shí)不易損壞,，連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng),，可在較差的環(huán)境下使用，一般的數(shù)碼相機(jī)是做不到這些的,。例如：讓民用數(shù)碼相機(jī)一天工作24小時(shí)或連續(xù)工作幾天肯定會(huì)受不了的,。

　　2、快門時(shí)間非常短,，可以抓拍高速運(yùn)動(dòng)的物體,。例如，把名片貼在電風(fēng)扇扇葉上,，以最大速度旋轉(zhuǎn),，設(shè)置合適的快門時(shí)間，用工業(yè)相機(jī)抓拍一張圖像,，仍能夠清晰辨別名片上的字體,。用普通的相機(jī)來抓拍，是不可能達(dá)到同樣效果的,。

　　3,、圖像傳感器是逐行掃描的，而普通的相機(jī)的圖像傳感器是隔行掃描的,， 逐行掃描的圖像傳感器生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜,，成品率低，出貨量少,，世界上只有少數(shù)公司能夠提供這類產(chǎn)品,，例如Dalsa、Sony,，而且價(jià)格昂貴,。

　　4,、幀率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通相機(jī)。工業(yè)相機(jī)每秒可以拍攝十幅到幾百幅圖片,，而普通相機(jī)只能拍攝2-3幅圖像,，相差較大。

　　5,、輸出是裸數(shù)據(jù)（raw data）,，其光譜范圍也往往比較寬，比較適合進(jìn)行高質(zhì)量的圖像處理算法,，例如機(jī)器視覺（Machine Vision）應(yīng)用,。而普通相機(jī)拍攝的圖片，其光譜范圍只適合人眼視覺,，并且經(jīng)過了mjpeg壓縮,，圖像質(zhì)量較差，不利于分析處理,。   6,、相對(duì)普通相機(jī)（DSC）來說價(jià)格較貴。

　　如何選擇：

　　1,、根據(jù)應(yīng)用的不同分別選用CCD或CMOS相機(jī)CCD工業(yè)相機(jī)主要應(yīng)用在運(yùn)動(dòng)物體的圖像提取,，如貼片機(jī)機(jī)器視覺，當(dāng)然隨著CMOS技術(shù)的發(fā)展,，許多貼片機(jī)也在選用CMOS工業(yè)相機(jī),。用在視覺自動(dòng)檢查的方案或行業(yè)中一般用CCD工業(yè)相機(jī)比較多。CMOS工業(yè)相機(jī)由成本低,，功耗低也應(yīng)用越來越廣泛,。   2、分辨率的選擇首先考慮待觀察或待測(cè)量物體的精度,，根據(jù)精度選擇分辨率,。相機(jī)像素精度=單方向視野范圍大小/相機(jī)單方向分辨率。則相機(jī)單方向分辨率=單方向視野范圍大小/理論精度,。若單視野為5mm長(zhǎng),，理論精度為0.02mm，則單方向分辨率=5/0.02=250,。然而為增加系統(tǒng)穩(wěn)定性,，不會(huì)只用一個(gè)像素單位對(duì)應(yīng)一個(gè)測(cè)量/觀察精度值，一般可以選擇倍數(shù)4或更高,。這樣該相機(jī)需求單方向分辨率為1000,，選用130萬(wàn)像素已經(jīng)足夠。   其次看工業(yè)相機(jī)的輸出,，若是體式觀察或機(jī)器軟件分析識(shí)別 ,，分辨率高是有幫助的；若是VGA輸出或USB輸出,，在顯示器上觀察,，則還依賴于顯示器的分辨率，工業(yè)相機(jī)的分辨率再高,，顯示器分辨率不夠,，也是沒有意義的；利用存儲(chǔ)卡或拍照功能,，工業(yè)相機(jī)的分辨率高也是有幫助的,。   3、與鏡頭的匹配傳感器芯片尺寸需要小于或等于鏡頭尺寸,，C或CS安裝座也要匹配（或者增加轉(zhuǎn)接口）,。   4、相機(jī)幀數(shù)選擇當(dāng)被測(cè)物體有運(yùn)動(dòng)要求時(shí),，要選擇幀數(shù)高的工業(yè)相機(jī),。但一般來說分辨率越高，幀數(shù)越低,。

　　二,、鏡頭篇

　　鏡頭的基本功能就是實(shí)現(xiàn)光束變換（調(diào)制），在機(jī)器視覺系統(tǒng)中,，鏡頭的主要作用是將成像目標(biāo)在圖像傳感器的光敏面上,。鏡頭的質(zhì)量直影響到機(jī)器視覺系統(tǒng)的整體性能，合理地選擇和安裝鏡頭,，是機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié),。

　　基礎(chǔ)知識(shí)：

　　1、鏡頭匹配

　　大家如何選擇合適鏡頭,，鏡頭選配時(shí)需要選擇與攝像機(jī)接口和CCD的尺寸相匹配的鏡頭,。鏡頭C和CS的接口方式占主流。小型的安防用的CS接口攝像機(jī)得到普及,、FA行業(yè)則大部分是C接口的攝像機(jī)與鏡頭的組合,。對(duì)應(yīng)的CCD尺寸、市場(chǎng)上一般根據(jù)用途使用2/3寸到1/3寸的產(chǎn)品,。

　　2,、互換性   C接口鏡頭可以與C接口攝像機(jī)、CS接口攝像機(jī)互用,； CS接口鏡頭不可以應(yīng)用在C接口攝像機(jī),，只可以應(yīng)用在CS接口攝像機(jī)。

　　3,、KERARE

　　攝像機(jī)如果使用配備小CCD尺寸的鏡頭,，那么周邊沒有攝取到圖像的部分呈現(xiàn)出黑色,，我們稱其為KERARE。

　　4,、鏡頭的作用：   將折射率不同的各種硝材通過研磨,，加工成高精度的曲面、把這些鏡頭進(jìn)行組合,，就是設(shè)計(jì)鏡頭,。從伽利略時(shí)代開始使用的普遍技術(shù)是其基本原理。為得到更清晰的圖像,，一直在研究開發(fā)試制新的硝材和非球面鏡片,。

　　三、光源篇

　　LED光源,、鹵素?zé)簦ü饫w光源）,、高頻熒光燈。目前LED光源最常用,，主要有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

　　可制成各種形狀,、尺寸及各種照射角度；

　　可根據(jù)需要制成各種顏色,，并可以隨時(shí)調(diào)節(jié)亮度,；

　　通過散熱裝置，散熱效果更好,，光亮度更穩(wěn)定,；

　　使用壽命長(zhǎng)；

　　反應(yīng)快捷,，可在10微秒或更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到最大亮度,；

　　電源帶有外觸發(fā)，可以通過計(jì)算機(jī)控制,，起動(dòng)速度快,，可以用作頻閃燈；

　　運(yùn)行成本低,、壽命長(zhǎng)的LED,，會(huì)在綜合成本和性能方面體現(xiàn)出更大的優(yōu)勢(shì)；

　　可根據(jù)客戶的需要,，進(jìn)行特殊設(shè)計(jì),。

　　LED光源按形狀通常可分為以下幾類：

　　1,、環(huán)形光源環(huán)形光源提供不同照射角度,、不同顏色組合，更能突出物體的三維信息,；高密度LED陣列,，高亮度,；多種緊湊設(shè)計(jì)，節(jié)省安裝空間,；解決對(duì)角照射陰影問題,；可選配漫射板導(dǎo)光，光線均勻擴(kuò)散,。應(yīng)用領(lǐng)域：PCB基板檢測(cè)，IC元件檢測(cè),，顯微鏡照明,，液晶校正，塑膠容器檢測(cè),，集成電路印字檢查,。

　　2、背光源用高密度LED陣列面提供高強(qiáng)度背光照明,，能突出物體,。的外形輪廓特征，尤其適合作為顯微鏡的載物臺(tái),。紅白兩用背光源,、紅藍(lán)多用背光源，能調(diào)配出不同顏色,，滿足不同被測(cè)物多色要求,。應(yīng)用領(lǐng)域：機(jī)械零件尺寸的測(cè)量，電子元件,、IC的外型檢測(cè),，膠片污點(diǎn)檢測(cè)，透明物體劃痕檢測(cè)等,。

　　3,、條形光源條形光源是較大方形結(jié)構(gòu)被測(cè)物的首選光源；顏色可根據(jù)需求搭配,，自由組合,；照射角度與安裝隨意可調(diào)。應(yīng)用領(lǐng)域：金屬表面檢查,，圖像掃描,，表面裂縫檢測(cè)，LCD面板檢測(cè)等,。

　　4,、同軸光源同軸光源可以消除物體表面不平整引起的陰影，從而減少干擾,；部分采用分光鏡設(shè)計(jì),，減少光損失,，提高成像清晰度，均勻照射物體表面,。應(yīng)用領(lǐng)域：系列光源最適宜用于反射度極高的物體,，如金屬、玻璃,、膠片,、晶片等表面的劃傷檢測(cè)，芯片和硅晶片的破損檢測(cè),，Mark點(diǎn)定位,，包裝條碼識(shí)別。

　　5,、AOI專用光源不同角度的三色光照明,，照射凸顯焊錫三維信息；外加漫射板導(dǎo)光,，減少反光,；不同角度組合；應(yīng)用領(lǐng)域：用于電路板焊錫檢測(cè),。

　　6,、球積分光源具有積分效果的半球面內(nèi)壁，均勻反射從底部360度發(fā)射出的光線,，使整個(gè)圖像的照度十分均勻,。應(yīng)用領(lǐng)域：合于曲面，表面凹凸,，弧形表面檢測(cè),，或金屬、玻璃表面反光較強(qiáng)的物體表面檢測(cè),。

　　7,、線形光源超高亮度，采用柱面透鏡聚光,，適用于各種流水線連續(xù)檢測(cè)場(chǎng)合,。應(yīng)用領(lǐng)域：陣相機(jī)照明專用，AOI專用,。

　　8,、點(diǎn)光源大功率LED，體積小,，發(fā)光強(qiáng)度高,；光纖鹵素?zé)舻奶娲罚绕溥m合作為鏡頭的同軸光源等；高效散熱裝置,，大大提高光源的使用壽命,。應(yīng)用領(lǐng)域：適合遠(yuǎn)心鏡頭使用，用于芯片檢測(cè),，Mark點(diǎn)定位,，晶片及液晶玻璃底基校正。   9,、組合條形光源四邊配置條形光,，每邊照明獨(dú)立可控；可根據(jù)被測(cè)物要求調(diào)整所需照明角度,，適用性廣,。應(yīng)用案例：CB基板檢測(cè)，IC元件檢測(cè),，焊錫檢查,，Mark點(diǎn)定位,，顯微鏡照明,，包裝條碼照明，球形物體照明等,。

　　10,、對(duì)位光源對(duì)位速度快；視場(chǎng)大,；精度高,；體積小，便于檢測(cè)集成,；亮度高,，可選配輔助環(huán)形光源。應(yīng)用領(lǐng)域：VA系列光源是全自動(dòng)電路板印刷機(jī)對(duì)位的專用光源,。

　　四,、光源的選型

　　1、前提信息

　?。?）檢測(cè)內(nèi)容 外觀檢查,、OCR、尺寸測(cè)定,、定位   （2）對(duì)象物

　　想看什么,？（異物、傷痕,、缺損,、標(biāo)識(shí)、形狀等）

　　表面狀態(tài)（鏡面、糙面,、曲面,、平面）

　　立體？平面,？

　　材質(zhì),、表面顏色

　　視野范圍？

　　動(dòng)態(tài)還是靜態(tài)（相機(jī)快門速度）

　?。?）限制條件

　　工作距離（鏡頭下端到被測(cè)物表面距離）

　　設(shè)置條件（照明的大小,、照明下端到被測(cè)物表面的距離、反射型or透射型）

　　周圍環(huán)境（溫度,、外亂光）

　　相機(jī)的種類,，面陣or線陣

　　2、簡(jiǎn)單的預(yù)備知識(shí)：

　?。?）,。因材質(zhì)和厚度不同、對(duì)光的透過特性（透明度）各異,。

　?。?）。光根拠其波長(zhǎng)之長(zhǎng)短,、對(duì)物質(zhì)的穿透能力（穿透率）各異,。

　　（3）,。光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),、對(duì)物質(zhì)的透過力越強(qiáng)，光的波長(zhǎng)越短,、在物質(zhì)表面的拡散率越大,。

　　（4）,。透射照明,、即是使光線透射對(duì)象物、并觀察其透過光之照明手法,。

　　3,、光源：

　　穩(wěn)定均勻的光源極其重要

　　目的：將被測(cè)物與背景盡量明顕區(qū)分

　　攝取圖像時(shí)、最重要之處是如何鮮明地獲得：被測(cè)物與背景的濃淡差

　　目前,、在圖像處理領(lǐng)域中最廣范的技術(shù)手法是：二值化（白黒）處理為了能夠突出特征點(diǎn),，將特征圖像突出出來，在打光手法上,，常用的包括有明視野與暗視野,。

　　明視野：用直射光來觀察對(duì)象物整體（散亂光呈黒色）   暗視野：用散亂光來觀察對(duì)象物整體（直射光呈白色）具體的光源選取方法還在于試驗(yàn)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),。

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