機(jī)器視覺系統(tǒng)的原理

通過光學(xué)系統(tǒng)，將需要拍攝的目標(biāo)轉(zhuǎn)換成為圖像信號(hào)，再將圖像信號(hào)傳送至圖像采集卡，并根據(jù)像素分布、亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)。

圖像處理單元對(duì)這些數(shù)字信號(hào)進(jìn)行有效地運(yùn)算并獲得拍攝目標(biāo)的特征值，從而根據(jù)判別的結(jié)果來指揮設(shè)備進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。

一個(gè)完整的機(jī)器視覺系統(tǒng)一般由光學(xué)系統(tǒng)(光源、鏡頭、工業(yè)相機(jī))、圖像采集單元、圖像處理單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及人機(jī)界面等模塊組成，所有功能模塊相輔相成，缺一不可。

照明(光源)

照明是影響機(jī)器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素，光源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，直接關(guān)系到輸入數(shù)據(jù)，即圖像的質(zhì)量和應(yīng)用效果。

工程師需根據(jù)用戶需求和產(chǎn)品特性，首先確定有效的照明條件，選擇相應(yīng)的照明裝置，才能確保在此光照條件下生成的圖像能突顯出用戶需要的目標(biāo)信息特征。

光源一般分為可見光源和不可見光源，工業(yè)上常用的可見光源有LED、鹵素?zé)簟晒鉄舻?不可見光源主要為近紅外光、紫外光、X射線等。

LED光源是目前運(yùn)用最多的機(jī)器視覺光源，它具有效率高、壽命長、防潮抗震、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，是工程師在設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)時(shí)的最佳選擇。

不可見光源主要用來應(yīng)對(duì)一些特定的需求，如管道焊接工藝的檢測(cè)，由于不可見光的可穿透性，才能到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)。

鏡頭

鏡頭是機(jī)器視覺系統(tǒng)中的重要組件，其作用是光學(xué)成像。

鏡頭的主要參數(shù)有焦距、景深(DOF，Depth of Field)、分辨率、工作距離、視場(chǎng)(FOV，F(xiàn)ield of View)等。

景深，是指鏡頭能夠獲得最佳圖像時(shí)，被攝物體離此最佳焦點(diǎn)前后的距離范圍。

視場(chǎng)，表示攝像頭所能觀測(cè)到的最大范圍，通常以角度表示，一般說來，視場(chǎng)越大，觀測(cè)范圍越大。

工作距離，是指鏡頭到被攝物體的距離，工作距離越長，成本越高。

在設(shè)計(jì)機(jī)器視覺系統(tǒng)時(shí)，要選擇參數(shù)與用戶需求相匹配的鏡頭。

工業(yè)相機(jī)

在機(jī)器視覺系統(tǒng)中工業(yè)相機(jī)必不可少，它就像人眼一樣，用來捕獲圖像。相機(jī)按其感光器的不同，可分為：CCD相機(jī);CMOS 相機(jī)。

CCD—Charge Coupled Device

CMOS —Complementary MetalOxide Semiconductor

CCD相機(jī)的成本較高，但成像品質(zhì)、成像通透性、色彩的豐富性等較CMOS相機(jī)出色很多。CCD相機(jī)按其使用的CCD感光元件可分為線陣式和面陣式兩大類。

線陣相機(jī)，是呈“線”狀的，對(duì)圖像的信息只能以行為單位進(jìn)行處理，分辨率高，速度快，主要應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、科研等領(lǐng)域中，相配套的機(jī)器視覺系統(tǒng)上。

面陣式相機(jī)則一次可以獲得整幅圖像的信息，價(jià)格相對(duì)便宜。

圖像采集單元

圖像采集單元中最重要的元件是圖像采集卡，它是圖像采集單元與圖像處理單元的接口，用來將采集到的圖像進(jìn)行數(shù)字化，并輸入、存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中。

圖像處理單元包含大量圖像處理算法。在取得圖像后，用這些算法對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行處理，分析計(jì)算，并輸出結(jié)果。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)與人機(jī)界面

在完成圖像采集和處理工作之后，需要將圖像處理的結(jié)果輸出，并做出與結(jié)果相匹配的動(dòng)作，如剔廢、報(bào)警等，并通過人機(jī)界面顯示生產(chǎn)信息。

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