什么是机械视觉？一文讲清讲透

视觉系统组成部分：

1.照明光源

2.镜头

3.工业摄像机

4.图像采集/处理卡

5.图像处理系统

6.其它外部设备

相机篇

工业相机又俗称摄像机，比较于传统的民用相机（摄像机）而言，它具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗滋扰能力等，目前市情上工业相机大多是基于CCD（Charge Coupled Device）或CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）芯片的相机。

个中，CCD是目前机器视觉最为常用的图像传感器。
它集光电转换及电荷存贮、电荷转移、旗子暗记读取于一体，是范例的固体成像器件。

CCD的突出特点因此电荷作为旗子暗记，而不同于其它器件因此电流或者电压为旗子暗记。
这类成像器件通过光电转换形成电荷包，而后在驱动脉冲的浸染下转移、放大输出图像旗子暗记。

范例的CCD相机由光学镜头、时序及同步旗子暗记发生器、垂直驱动器、仿照/数字旗子暗记处理电路组成。
CCD作为一种功能器件，与真空管比较，具有无灼伤、无滞后、低电压事情、低功耗等优点。

CMOS图像传感器的开拓则最早涌如今20世纪70 年代初，90 年代初期，随着超大规模集成电路 (VLSI) 制造工艺技能的发展，CMOS图像传感器得到迅速发展。

CMOS图像传感器将光敏元阵列、图像旗子暗记放大器、旗子暗记读取电路、模数转换电路、图像旗子暗记处理器及掌握器集成在一块芯片上，还具有局部像素的编程随机访问的优点。

目前，CMOS图像传感器以其良好的集成性、低功耗、高速传输和宽动态范围等特点在高分辨率和高速场合得到了广泛的运用。

分类：

任何东西一定有它自己的分类标准，工业相机也不例外。

按照芯片类型可以分为CCD相机、CMOS相机；

按照传感器的构造特性可以分为线阵相机、面阵相机；

按照扫描办法可以分为隔行扫描相机、逐行扫描相机；

按照分辨率大小可以分为普通分辨率相机、高分辨率相机；

按照输出旗子暗记办法可以分为仿照相机、数字相机；

按照输出色彩可以分为单色（黑白）相机、彩色相机；

按照输出旗子暗记速率可以分为普通速率相机、高速相机；

按照相应频率范围可以分为可见光（普通）相机、红皮毛机、紫皮毛机等。

差异：

1、工业相机的性能稳定可靠易于安装，相机构造紧凑结实不易破坏，连续事情韶光长，可在较差的环境下利用，一样平常的数码相机是做不到这些的。
例如：让民用数码相机一天事情24小时或连续事情几天肯定会受不了的。

2、工业相机的快门韶光非常短，可以抓拍高速运动的物体。
例如，把名片贴在电风扇扇叶上，以最大速率旋转，设置得当的快门韶光，用工业相机抓拍一张图像，仍能够清晰辨别名片上的字体。
用普通的相机来抓拍，是不可能达到同样效果的。

3、工业相机的图像传感器是逐行扫描的，而普通的相机的图像传感器是隔行扫描的， 逐行扫描的图像传感器生产工艺比较繁芜，成品率低，出货量少，天下上只有少数公司能够供应这类产品，例如Dalsa、Sony，而且价格昂贵。

4、工业相机的帧率远远高于普通相机。
工业相机每秒可以拍摄十幅到几百幅图片，而普通相机只能拍摄2-3幅图像，相差较大。

5、工业相机输出的是裸数据(raw data)，其光谱范围也每每比较宽，比较适宜进行高质量的图像处理算法，例如机器视觉(Machine Vision)运用。
而普通相机拍摄的图片，其光谱范围只适宜人眼视觉，并且经由了mjpeg压缩，图像质量较差，不利于剖析处理。

6、工业相机(Industrial Camera)相对普通相机(DSC)来说价格较贵。

如何选择：

1、根据运用的不同分别选用CCD或CMOS相机CCD工业相机紧张运用在运动物体的图像提取，如贴片机机器视觉，当然随着CMOS技能的发展，许多贴片机也在选用CMOS工业相机。
用在视觉自动检讨的方案或行业中一样平常用CCD工业相机比较多。
CMOS工业相机由本钱低，功耗低也运用越来越广泛。

2、分辨率的选择首先考虑待不雅观察或待丈量物体的精度，根据精度选择分辨率。
相机像素精度=单方向视野范围大小/相机单方向分辨率。
则相机单方向分辨率=单方向视野范围大小/理论精度。
若单视野为5mm长，理论精度为0.02mm，则单方向分辨率=5/0.02=250。
然而为增加系统稳定性，不会只用一个像素单位对应一个丈量/不雅观察精度值，一样平常可以选择倍数4或更高。
这样该相机需求单方向分辨率为1000，选用130万像素已经足够。

其次看工业相机的输出，若是体式不雅观察或机器软件剖析识别 ，分辨率高是有帮助的；若是VGA输出或USB输出，在显示器上不雅观察，则还依赖于显示器的分辨率，工业相机的分辨率再高，显示器分辨率不足，也是没故意义的；利用存储卡或拍照功能，工业相机的分辨率高也是有帮助的。

3、与镜头的匹配传感器芯片尺寸须要小于或即是镜头尺寸，C或CS安装座也要匹配（或者增加转接口）。

4、相机帧数选择当被测物体有运动哀求时，要选择帧数高的工业相机。
但一样平常来说分辨率越高，帧数越低。

镜头篇

镜头的基本功能便是实现光束变换（调制），在机器视觉系统中，镜头的紧张浸染是将成像目标在图像传感器的光敏面上。
镜头的质量直影响到机器视觉系统的整体性能，合理地选择和安装镜头，是机器视觉系统设计的主要环节。

根本知识：

镜头匹配

大家如何选择得当镜头，镜头选配时须要选择与摄像机接口和CCD的尺寸相匹配的镜头。
镜头C和CS的接口办法占主流。
小型的安防用的CS接口摄像机得到遍及、FA行业则大部分是C接口的摄像机与镜头的组合。
对应的CCD尺寸、市场上一样平常根据用场利用2/3寸到1/3寸的产品。

互换性

C接口镜头可以与C接口摄像机、CS接口摄像机互用；

CS接口镜头不可以运用在C接口摄像机，只可以运用在CS接口摄像机。

KERARE

摄像机如果利用配备小CCD尺寸的镜头，那么周边没有摄取到图像的部分呈现出玄色，我们称其为KERARE。

镜头的浸染：

将折射率不同的各种硝材通过研磨，加工成高精度的曲面、把这些镜头进行组合，便是设计镜头。
从伽利略时期开始利用的普遍技能是其基本事理。
为得到更清晰的图像，一贯在研究开拓试制新的硝材和非球面镜片。

光源篇

LED光源、卤素灯（光纤光源）、高频荧光灯。
目前LED光源最常用，紧张有如下几个特点：

可制成各种形状、尺寸及各种照射角度；

可根据须要制成各种颜色，并可以随时调节亮度；

通过散热装置，散热效果更好，光亮度更稳定；

利用寿命长；

反应快捷，可在10微秒或更短的韶光内达到最大亮度；

电源带有外触发，可以通过打算机掌握，起动速率快，可以用作频闪灯；

运行本钱低、寿命长的LED，会在综合本钱和性能方面表示出更大的上风；

可根据客户的须要，进行分外设计。

LED光源按形状常日可分为以下几类：

1、环形光源环形光源供应不同照射角度、不同颜色组合，更能突出物体的三维信息；高密度LED阵列，高亮度；多种紧凑设计，节省安装空间；办理对角照射阴影问题；可选配漫射板导光，光芒均匀扩散。
运用领域:PCB基板检测，IC元件检测，显微镜照明，液晶校正，塑胶容器检测，集成电路印字检讨。

2、背光源用高密度LED阵列面供应高强度背光照明，能突出物体。
的形状轮廓特色，尤其适宜作为显微镜的载物台。
红白两用背光源、红蓝多用背光源，能调配出不同颜色，知足不同被测物多色哀求。
运用领域:机器零件尺寸的丈量，电子元件、IC的外型检测，胶片污点检测，透明物体划痕检测等。

3、条形光源条形光源是较大方形构造被测物的首选光源；颜色可根据需求搭配，自由组合；照射角度与安装随意可调。
运用领域:金属表面检讨，图像扫描，表面裂痕检测，LCD面板检测等。

4、同轴光源同轴光源可以肃清物体表面不平整引起的阴影，从而减少滋扰；部分采取分光镜设计，减少光丢失，提高成像清晰度，均匀照射物体表面。
运用领域:系列光源最适宜用于反射度极高的物体，如金属、玻璃、胶片、晶片等表面的划伤检测，芯片和硅晶片的破损检测，Mark点定位，包装条码识别。

5、AOI专用光源不同角度的三色光照明，照射凸显焊锡三维信息；外加漫射板导光，减少反光；不同角度组合；运用领域:用于电路板焊锡检测。

6、球积分光源具有积分效果的半球面内壁，均匀反射从底部360度发射出的光芒，使全体图像的照度十分均匀。
运用领域:合于曲面，表面凹凸，弧形表面检测，或金属、玻璃表面反光较强的物体表面检测。

7、线形光源超高亮度，采取柱面透镜聚光，适用于各种流水线连续检测场合。
运用领域:阵相机照明专用，AOI专用。

8、点光源大功率LED，体积小，发光强度高；光纤卤素灯的替代品，尤其适宜作为镜头的同轴光源等；高效散热装置，大大提高光源的利用寿命。
运用领域:适宜远心镜头利用，用于芯片检测，Mark点定位，晶片及液晶玻璃底基校正。

9、组合条形光源四边配置条形光，每边照明独立可控；可根据被测物哀求调度所需照明角度，适用性广。
运用案例:CB基板检测，IC元件检测，焊锡检讨，Mark点定位，显微镜照明，包装条码照明，球形物体照明等。

10、对位光源对位速率快；视场大；精度高；体积小，便于检测集成；亮度高，可选配赞助环形光源。
运用领域:VA系列光源是全自动电路板印刷机对位的专用光源。

光源的选型

一、条件信息

1、检测内容

外不雅观检讨、OCR、尺寸测定、定位

2、工具物

①想看什么？（异物、伤痕、缺损、标识、形状等）

②表面状态（镜面、糙面、曲面、平面）

③立体？平面？

④材质、表面颜色

⑤视野范围？

⑥动态还是静态（相机快门速率）

3、限定条件

①事情间隔（镜头下端到被测物表面间隔）

②设置条件（照明的大小、照明下端到被测物表面的间隔、反射型or透射型）

③周围环境（温度、外乱光）

④相机的种类，面阵or线阵

二、大略的预备知识：

1．因材质和厚度不同、对光的透过特性（透明度）互异。

2．光根拠其波长之是非、对物质的穿透能力（穿透率）互异。

3．光的波长越长、对物质的透过力越强，光的波长越短、在物质表面的拡散率越大。

4．透射照明、即是使光芒透射工具物、并観察其透过光之照明手腕。

三、光源：

1．穏定均匀的光源极其主要

2．目的：将被测物与背景只管即便明顕区分

3．摂取图像时、最主要之处是如何光鲜地得到：被测物与背景的浓淡差

4．目前、在图像处理领域中最广范的技能手腕是：二值化（白黒）处理为了能够突出特色点，将特色图像突出出来，在打光手腕上，常用的包括有明视野与暗视野。

明视野：用直射光来観察工具物整体(散乱光呈黒色)

暗视野：用散乱光来観察工具物整体(直射光呈白色)详细的光源选取方法还在于试验的实践履历。