機器視覺,，就是用機器代替人眼來做測量和判斷,。機器視覺系統(tǒng)是指通過機器視覺產(chǎn)品（即圖像攝取裝置,，分 CMOS 和CCD 兩種）將被攝取目標轉換成圖像信號，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，轉變成數(shù)字化信號,；圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征,，進而根據(jù)判別的結果來控制現(xiàn)場的設備動作。

　　視覺系統(tǒng)組成部分：

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

　　一,、相機篇

　　工業(yè)相機又俗稱攝像機,，相比于傳統(tǒng)的民用相機（攝像機）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)相機大多是基于CCD（Charge Coupled Device）或CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）芯片的相機。   其中,，CCD是目前機器視覺最為常用的圖像傳感器,。它集光電轉換及電荷存貯、電荷轉移,、信號讀取于一體,，是典型的固體成像器件。

　　CCD的突出特點是以電荷作為信號,，而不同于其它器件是以電流或者電壓為信號,。這類成像器件通過光電轉換形成電荷包，而后在驅動脈沖的作用下轉移,、放大輸出圖像信號,。   典型的CCD相機由光學鏡頭、時序及同步信號發(fā)生器,、垂直驅動器,、模擬/數(shù)字信號處理電路組成,。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。

　　CMOS圖像傳感器的開發(fā)則最早出現(xiàn)在20世紀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,、圖像信號放大器,、信號讀取電路、模數(shù)轉換電路,、圖像信號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訪問的優(yōu)點。   目前,，CMOS圖像傳感器以其良好的集成性,、低功耗、高速傳輸和寬動態(tài)范圍等特點在高分辨率和高速場合得到了廣泛的應用,。

　　分類：

　　任何東西一定有它自己的分類標準,，工業(yè)相機也不例外。

　　按照芯片類型可以分為CCD相機,、CMOS相機,；

　　按照傳感器的結構特性可以分為線陣相機、面陣相機,；

　　按照掃描方式可以分為隔行掃描相機,、逐行掃描相機；

　　按照分辨率大小可以分為普通分辨率相機,、高分辨率相機,；

　　按照輸出信號方式可以分為模擬相機、數(shù)字相機,；

　　按照輸出色彩可以分為單色（黑白）相機,、彩色相機；

　　按照輸出信號速度可以分為普通速度相機,、高速相機,；

　　按照響應頻率范圍可以分為可見光（普通）相機、紅外相機,、紫外相機等,。

　　區(qū)別：

　　1,、性能穩(wěn)定可靠易于安裝,，相機結構緊湊結實不易損壞，連續(xù)工作時間長,，可在較差的環(huán)境下使用,，一般的數(shù)碼相機是做不到這些的。例如：讓民用數(shù)碼相機一天工作24小時或連續(xù)工作幾天肯定會受不了的,。

　　2,、快門時間非常短，可以抓拍高速運動的物體,。例如,，把名片貼在電風扇扇葉上,，以最大速度旋轉，設置合適的快門時間,，用工業(yè)相機抓拍一張圖像,，仍能夠清晰辨別名片上的字體。用普通的相機來抓拍,，是不可能達到同樣效果的,。

　　3、圖像傳感器是逐行掃描的,，而普通的相機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,，而且價格昂貴。

　　4,、幀率遠遠高于普通相機,。工業(yè)相機每秒可以拍攝十幅到幾百幅圖片，而普通相機只能拍攝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,，比較適合進行高質量的圖像處理算法，例如機器視覺（Machine Vision）應用,。而普通相機拍攝的圖片,，其光譜范圍只適合人眼視覺，并且經(jīng)過了mjpeg壓縮,，圖像質量較差,，不利于分析處理。   6,、相對普通相機（DSC）來說價格較貴,。

　　如何選擇：

　　1、根據(jù)應用的不同分別選用CCD或CMOS相機CCD工業(yè)相機主要應用在運動物體的圖像提取,，如貼片機機器視覺,，當然隨著CMOS技術的發(fā)展，許多貼片機也在選用CMOS工業(yè)相機,。用在視覺自動檢查的方案或行業(yè)中一般用CCD工業(yè)相機比較多,。CMOS工業(yè)相機由成本低,，功耗低也應用越來越廣泛。   2,、分辨率的選擇首先考慮待觀察或待測量物體的精度,，根據(jù)精度選擇分辨率。相機像素精度=單方向視野范圍大小/相機單方向分辨率,。則相機單方向分辨率=單方向視野范圍大小/理論精度,。若單視野為5mm長，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，不會只用一個像素單位對應一個測量/觀察精度值,，一般可以選擇倍數(shù)4或更高,。這樣該相機需求單方向分辨率為1000，選用130萬像素已經(jīng)足夠,。   其次看工業(yè)相機的輸出,，若是體式觀察或機器軟件分析識別 ，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,；利用存儲卡或拍照功能,，工業(yè)相機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（或者增加轉接口）。   4,、相機幀數(shù)選擇當被測物體有運動要求時,，要選擇幀數(shù)高的工業(yè)相機。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現(xiàn)光束變換（調(diào)制）,，在機器視覺系統(tǒng)中，鏡頭的主要作用是將成像目標在圖像傳感器的光敏面上,。鏡頭的質量直影響到機器視覺系統(tǒng)的整體性能,，合理地選擇和安裝鏡頭,，是機器視覺系統(tǒng)設計的重要環(huán)節(jié)。

　　基礎知識：

　　1,、鏡頭匹配

　　大家如何選擇合適鏡頭,，鏡頭選配時需要選擇與攝像機接口和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接口攝像機得到普及,、FA行業(yè)則大部分是C接口的攝像機與鏡頭的組合。對應的CCD尺寸,、市場上一般根據(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,、CS接口攝像機互用,； CS接口鏡頭不可以應用在C接口攝像機，只可以應用在CS接口攝像機,。

　　3,、KERARE

　　攝像機如果使用配備小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,、把這些鏡頭進行組合，就是設計鏡頭,。從伽利略時代開始使用的普遍技術是其基本原理,。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、鹵素燈（光纖光源）,、高頻熒光燈,。目前LED光源最常用，主要有如下幾個特點：

　　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,；

　　反應快捷,，可在10微秒或更短的時間內(nèi)達到最大亮度；

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

　　運行成本低,、壽命長的LED，會在綜合成本和性能方面體現(xiàn)出更大的優(yōu)勢,；

　　可根據(jù)客戶的需要,，進行特殊設計。

　　LED光源按形狀通?？煞譃橐韵聨最悾?/p>

　　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,；多種緊湊設計,，節(jié)省安裝空間；解決對角照射陰影問題,；可選配漫射板導光,，光線均勻擴散。應用領域：PCB基板檢測,，IC元件檢測,，顯微鏡照明，液晶校正,，塑膠容器檢測,，集成電路印字檢查。

　　2,、背光源用高密度LED陣列面提供高強度背光照明,，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,。紅白兩用背光源、紅藍多用背光源,，能調(diào)配出不同顏色,，滿足不同被測物多色要求,。應用領域：機械零件尺寸的測量，電子元件,、IC的外型檢測，膠片污點檢測,，透明物體劃痕檢測等,。

　　3、條形光源條形光源是較大方形結構被測物的首選光源,；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),。應用領域：金屬表面檢查,，圖像掃描，表面裂縫檢測,，LCD面板檢測等,。

　　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,；部分采用分光鏡設計，減少光損失,，提高成像清晰度,，均勻照射物體表面。應用領域：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,，芯片和硅晶片的破損檢測，Mark點定位,，包裝條碼識別,。

　　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,；外加漫射板導光，減少反光,；不同角度組合,；應用領域：用于電路板焊錫檢測。

　　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，使整個圖像的照度十分均勻。應用領域：合于曲面,，表面凹凸,，弧形表面檢測，或金屬,、玻璃表面反光較強的物體表面檢測,。

　　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)檢測場合。應用領域：陣相機照明專用,，AOI專用,。

　　8、點光源大功率LED,，體積小,，發(fā)光強度高；光纖鹵素燈的替代品,，尤其適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,。應用領域：適合遠心鏡頭使用,，用于芯片檢測，Mark點定位,，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,，每邊照明獨立可控,；可根據(jù)被測物要求調(diào)整所需照明角度，適用性廣,。應用案例：CB基板檢測,，IC元件檢測，焊錫檢查,，Mark點定位,，顯微鏡照明，包裝條碼照明,，球形物體照明等,。

　　10、對位光源對位速度快,；視場大,；精度高,；體積小，便于檢測集成,；亮度高,，可選配輔助環(huán)形光源。應用領域：VA系列光源是全自動電路板印刷機對位的專用光源,。

　　四,、光源的選型

　　1、前提信息

　?。?）檢測內(nèi)容 外觀檢查,、OCR,、尺寸測定,、定位   （2）對象物

　　想看什么？（異物,、傷痕,、缺損、標識,、形狀等）

　　表面狀態(tài)（鏡面,、糙面、曲面,、平面）

　　立體,？平面？

　　材質,、表面顏色

　　視野范圍,？

　　動態(tài)還是靜態(tài)（相機快門速度）

　　（3）限制條件

　　工作距離（鏡頭下端到被測物表面距離）

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

　　周圍環(huán)境（溫度、外亂光）

　　相機的種類,，面陣or線陣

　　2,、簡單的預備知識：

　　（1）,。因材質和厚度不同,、對光的透過特性（透明度）各異。

　?。?）,。光根拠其波長之長短、對物質的穿透能力（穿透率）各異,。

　?。?）,。光的波長越長、對物質的透過力越強,，光的波長越短,、在物質表面的拡散率越大。

　?。?）,。透射照明、即是使光線透射對象物,、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：將被測物與背景盡量明顕區(qū)分

　　攝取圖像時,、最重要之處是如何鮮明地獲得：被測物與背景的濃淡差

　　目前,、在圖像處理領域中最廣范的技術手法是：二值化（白黒）處理為了能夠突出特征點，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：用直射光來觀察對象物整體（散亂光呈黒色）   暗視野：用散亂光來觀察對象物整體（直射光呈白色）具體的光源選取方法還在于試驗的實踐經(jīng)驗,。

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