近年來(lái)，機(jī)器人尤其是工業(yè)機(jī)器人的迅猛發(fā)展，帶動(dòng)了機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)需求的大幅增長(zhǎng),。在2016年5月份的世界機(jī)器人大會(huì)新聞發(fā)布會(huì)上,，信工部副部長(zhǎng)毛偉明透露，把智能制造作為該部門今后的重點(diǎn)工作,，制定我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的“十三五”規(guī)劃,，爭(zhēng)取更多政策支持機(jī)器人關(guān)鍵部件的研發(fā)生產(chǎn)和推廣。當(dāng)前的以高端裝備制造為核心的智造工業(yè)4.0時(shí)代背景下,，隨著中國(guó)制造2025戰(zhàn)略的深入,，工業(yè)智能機(jī)器人產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)勢(shì)頭，而充當(dāng)工業(yè)機(jī)器人“火眼金睛”角色的機(jī)器視覺(jué)功不可沒(méi),。

　　作為機(jī)器人尤其是智能化可視機(jī)器人重要的零部件之一,，機(jī)器視覺(jué)對(duì)機(jī)器人的靈活性及可操作性的提升具有決定性意義。那么我們?cè)撊绾胃鶕?jù)自己的需要選擇合適的視覺(jué)系統(tǒng)呢?

　　1.攝像頭和光學(xué)部件

　　這一類通常含有一個(gè)或多個(gè)攝像頭和鏡頭（光學(xué)部件）,，用于拍攝被檢測(cè)的物體,。根據(jù)應(yīng)用，攝像頭可以基于如下標(biāo)準(zhǔn),，黑白,、復(fù)合彩色（Y/C），RGB彩色,，非標(biāo)準(zhǔn)黑白（可變掃描）,，步進(jìn)掃描（progressive-scan）或線掃描。

　　2. 燈光

　　燈光用于照亮部件,，以便從攝像頭中拍攝到更好的圖像,，燈光系統(tǒng)可以在不同形狀、尺寸和亮度,。一般的燈光形式是高頻熒光燈,、LED、白熾燈和石英鹵（quartz-halogen）光纖,。

　　3. 部件傳感器

　　通常以光柵或傳感器的形式出現(xiàn),。當(dāng)這個(gè)傳感器感知到部件靠近，它會(huì)給出一個(gè)觸發(fā)信號(hào),。當(dāng)部件處于正確位置時(shí),，這個(gè)傳感器告訴機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)去采集圖像。

　　4. 圖像采集卡

　　也稱為視頻抓取卡,，這個(gè)部件通常是一張插在 PC上的卡,。

　　這張采集卡的作用將攝像頭與 PC連接起來(lái)。它從攝像頭中獲得數(shù)據(jù)（模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)）,，然后轉(zhuǎn)換成PC 能處理的信息,。

　　它同時(shí)可以提供控制攝像頭參數(shù)（例如觸發(fā),、曝光時(shí)間、快門速度等等）的信號(hào),。圖像采集卡形式很多,，支持不同類型的攝像頭，不同的計(jì)算機(jī)總線,。

　　5. PC平臺(tái)

　　計(jì)算機(jī)是機(jī)器視覺(jué)的關(guān)鍵組成部分,。

　　應(yīng)用在檢測(cè)方面，通常使用 Pentium或更高的 CPU,。一般來(lái)講,，計(jì)算機(jī)的速度越快，視覺(jué)系統(tǒng)處理每一張圖片的時(shí)間就越短,。

　　由于在制造現(xiàn)場(chǎng)中，經(jīng)常有振動(dòng),、灰塵,、熱輻射等等，所以一般需要工業(yè)級(jí)的計(jì)算機(jī),。

　　6. 檢測(cè)軟件

　　機(jī)器視覺(jué)軟件用于創(chuàng)建和執(zhí)行程序,、處理采集回來(lái)的圖像數(shù)據(jù)、以及作出“通過(guò)/失?。≒ASS/FAIL）”決定,。

　　機(jī)器視覺(jué)有多種形式（C 語(yǔ)言庫(kù)、ActiveX 控件,、點(diǎn)擊編程環(huán)境等等）,，可以是單一功能（例如設(shè)計(jì)只用來(lái)檢測(cè) LCD或 BGA、對(duì)齊任務(wù)等等）,，也可以是多功能（例如設(shè)計(jì)一個(gè)套件,，包含計(jì)量、條形碼閱讀,、機(jī)器人導(dǎo)航,、現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證等等）。

　　7. 數(shù)字 I/O和網(wǎng)絡(luò)連接

　　一旦系統(tǒng)完成這個(gè)檢測(cè)部分,，這部分必須能與外界通信,，例如需要控制生產(chǎn)流程、將“通過(guò)/失?。≒ASS/FAIL）”的信息送給數(shù)據(jù)庫(kù),。通常，使用一張數(shù)字 I/O板卡和（或）一張網(wǎng)卡來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)與外界系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)的通信,。

　　配置一個(gè)基于 PC的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)認(rèn)真的計(jì)劃和注意細(xì)節(jié)能幫助你確保你的檢測(cè)系統(tǒng)符合你的應(yīng)用需求,。如下是你必需考慮的幾點(diǎn)：

　　確定你的目標(biāo),這可能是最重要的一步?jīng)Q定在這個(gè)檢測(cè)任務(wù)中你需要實(shí)現(xiàn)什么，檢測(cè)任務(wù)通常分為如下幾類：

　　測(cè)量或計(jì)量

　　讀取字符或編碼（條形碼）信息。

　　檢測(cè)物體的狀態(tài)

　　認(rèn)知和識(shí)別特殊的特性 模式識(shí)別

　　將物體與模板進(jìn)行對(duì)比或匹配

　　為機(jī)器或機(jī)器人導(dǎo)航檢測(cè)流程可以包含只有一個(gè)操作或包含多個(gè)與檢測(cè)任務(wù)相關(guān)的任務(wù),。

　　為了確認(rèn)你的任務(wù),，首先你應(yīng)該明確為了最大限度檢測(cè)部件你需要做的測(cè)試，也就是你能考慮到會(huì)出現(xiàn)的缺陷,。

　　為了明確什么哪個(gè)才是最重要的,，最好做一張?jiān)u估表，列出“必須做”和“可以做”的測(cè)試,。一旦主要的對(duì)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)滿意,，隨后可以將更多的測(cè)試加進(jìn)去來(lái)改善檢測(cè)過(guò)程，一定要記住,，添加測(cè)試的同時(shí)也會(huì)增加檢測(cè)的時(shí)間,。

　　確定你需要的速度 –系統(tǒng)檢測(cè)每一個(gè)部件需要多少時(shí)間？

　　這個(gè)不只是由 PC的速度決定,，還受生產(chǎn)流水線速度的影響,。

　　很多機(jī)器視覺(jué)包含了時(shí)鐘/計(jì)時(shí)器，所以檢測(cè)操作的每一步所需要的時(shí)間都可以準(zhǔn)確測(cè)量,，從這些數(shù)據(jù),，我們就可以修改我們的程序以滿足時(shí)間上的要求。通常,，一個(gè)基于 PC 的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)每一秒可以檢測(cè) 20-25 個(gè)部件,，與檢測(cè)部件的多少和處理程序以及計(jì)算機(jī)的速度有密切關(guān)系。

　　聰明地選擇你的硬件

　　一套機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的性能與它的部件密切相關(guān),。在選擇的過(guò)程中,，有很多捷徑特別在光學(xué)成像上可能很大程度降低系統(tǒng)的效率。如下是在選擇部件時(shí)你必須緊記的幾個(gè)基本原則,。

　　1.攝像頭 攝像頭的選擇與應(yīng)用的需求直接相關(guān),，通常考慮三點(diǎn)：

　　a）黑白還是彩色,；

　　b）部件/目標(biāo)的運(yùn)動(dòng),；

　　c）圖像分辨率。

　　在檢測(cè)應(yīng)用中大部分使用黑白攝像頭,，因?yàn)楹诎讏D像能提供 90%可視數(shù)據(jù),，并且比彩色便宜。彩色攝像頭主要用于一些需要分析彩色圖像的場(chǎng)合里,。根據(jù)部件在檢測(cè)時(shí)是否移動(dòng),，決定我們選擇標(biāo)準(zhǔn)隔行掃描攝像頭還是逐行掃描攝像頭。另外,，圖像的分辨率必須足夠高,，以提供檢測(cè)任務(wù)需要的足夠的數(shù)據(jù),。最后，攝像頭必須質(zhì)量好和可以避免工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的振動(dòng),、灰塵和熱的影響,。

　　2.光學(xué)部件和照明這個(gè)至關(guān)重要的因素往往被人所忽略。當(dāng)你使用一個(gè)很差的光學(xué)部件或照明,，就算你使用最好的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng),，它表現(xiàn)出的性能甚至比不上一個(gè)配上良好光學(xué)部件和適當(dāng)照明的低能力系統(tǒng)。光學(xué)部件的目標(biāo)是產(chǎn)生最好和最大可用面積的圖像,，并且提供最好的圖像分辨率,。照明的目標(biāo)是照亮需要測(cè)量或檢測(cè)的部分的關(guān)鍵特征。通常,，照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由如下因素決定：顏色,、紋理、尺寸,、外形,、反射率等等。

　　3.圖像采集卡雖然圖像采集卡只是完整的機(jī)器視覺(jué)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,。

　　使用模擬輸入的圖像采集卡,，目標(biāo)是盡量不變地將攝像頭采集的圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。使用不正確的圖像采集卡可能得到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù),。

　　工業(yè)用的圖像采集卡通常用于檢測(cè)任務(wù),，多媒體采集卡由于它通過(guò)自動(dòng)增益控制、邊沿增強(qiáng)和顏色增強(qiáng)電路來(lái)更改圖像數(shù)據(jù),，所以不用在這個(gè)領(lǐng)域里,。使用數(shù)字輸入的圖像采集卡的目標(biāo)是將攝像頭輸出的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并輸送到 PC 中作處理。

　　考慮各種變化：人類的眼睛和大腦可以在不同的條件下識(shí)別目標(biāo),，但是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)就不是這樣多才多藝了,，它只能按程序編寫的任務(wù)來(lái)工作。了解你的系統(tǒng)能看到什么和不能看到什么能幫助你避免失?。ɡ鐚⒑玫牟考J(rèn)為是壞的）或其它檢測(cè)錯(cuò)誤,。一般要考慮的包括部件顏色、周圍光線,、焦點(diǎn),、部件的位置和方向和背景顏色的大變化,。

　　正確選擇軟件：機(jī)器視覺(jué)軟件是檢測(cè)系統(tǒng)中的智能部分，也是最核心的部分,。軟件的選擇決定了你編寫調(diào)試檢測(cè)程序的時(shí)間,、檢測(cè)操作的性能等等。

　　機(jī)器視覺(jué)提供了圖形化編程界面 (通常稱為“Point&Click”) 通常比其他編程語(yǔ)言(例如 VisualC++)容易,，但是在你需要一些特殊的特征或功能時(shí)有一定的局限性,。基于代碼的軟件包,，盡管非常困難和需要編碼經(jīng)驗(yàn),，但在編寫復(fù)雜的特殊應(yīng)用檢測(cè)算法具備更大的靈活性。一些機(jī)器視覺(jué)軟件同時(shí)提供了圖形化和基于代碼的編程環(huán)境,，提供兩方面最好的特征,，提供了很多靈活性，滿足不同的應(yīng)用需求,。

　　通信和記錄數(shù)據(jù)：機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的總的目標(biāo)是通過(guò)區(qū)分好和壞的部件來(lái)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量檢測(cè),。為了實(shí)現(xiàn)這一功能，這個(gè)系統(tǒng)需要與生產(chǎn)流水線通信,，這樣才可以在發(fā)現(xiàn)壞的部件是做某種動(dòng)作,。通常這些動(dòng)作是通過(guò)數(shù)字 I/O 板，這些板與制造流水線中的 PLC相連,，這樣壞的部件就可以跟好的部件分離,。例外，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以與網(wǎng)絡(luò)連接,，這樣就可以將數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)庫(kù),，用于記錄數(shù)據(jù)以及讓質(zhì)量控制員分析為什么會(huì)出現(xiàn)廢品。在這一步認(rèn)真考慮將有助于將機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)無(wú)縫與生產(chǎn)流水線結(jié)合起來(lái),。需要考慮的問(wèn)題是：

　　使用了什么類型的 PLC,，它的接口如何？

　　需要什么類型的信號(hào),？

　　現(xiàn)在使用或必須使用什么類型的網(wǎng)絡(luò),？

　　在網(wǎng)絡(luò)上傳送的文件格式是什么？通常使用 RS-232端口與數(shù)據(jù)庫(kù)通信,，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的紀(jì)錄,。

　　為以后做準(zhǔn)備：當(dāng)你為機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)選擇部件時(shí)，時(shí)刻記住未來(lái)的生產(chǎn)所需和有可能發(fā)生的變動(dòng),。這些將直接影響你的機(jī)器視覺(jué)軟硬件是否容易更改來(lái)滿足以后新的任務(wù),。提前的準(zhǔn)備將不僅僅節(jié)約你的時(shí)間，而且通過(guò)在將來(lái)重用現(xiàn)有的檢測(cè)任務(wù)可以降低整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格,。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的性能由最差的部分決定（就像一個(gè)木桶的容量由最短的一個(gè)木塊決定）,，精度則由它能獲取的信息決定,。花時(shí)間和精力合理配置系統(tǒng)就可以建造一個(gè)零故障和有彈性的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng),。