一、機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的組成

1.  照明光源在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，直接影響成像質(zhì)量。光源種類(lèi)主要包括LED光源、鹵素?zé)艉透哳l熒光燈等。LED光源因其高效、長(zhǎng)壽命、穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快而被廣泛使用。

 2.   鏡頭的作用是將被檢測(cè)目標(biāo)的圖像投射到相機(jī)的傳感器上，鏡頭的質(zhì)量對(duì)圖像的清晰度有直接影響。選擇合適的鏡頭尺寸、接口和焦距，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵。鏡頭一般使用C或CS接口，鏡頭和CCD尺寸的匹配直接影響成像效果。

 3. 工業(yè)攝像機(jī)（相機(jī)）是獲取圖像信息的核心組件。與普通攝像機(jī)相比，工業(yè)相機(jī)具有高圖像穩(wěn)定性、長(zhǎng)工作時(shí)間、高幀率、強(qiáng)抗干擾性等特點(diǎn)，主要分為CCD相機(jī)和CMOS相機(jī)。CCD相機(jī)以其高靈敏度廣泛應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)物體成像，而CMOS相機(jī)則在高分辨率和高速應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

4. 圖像采集卡用于將攝像機(jī)采集到的模擬或數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可處理的信號(hào)格式。采集卡的性能決定了圖像傳輸?shù)男屎唾|(zhì)量。

5. 圖像處理系統(tǒng)對(duì)采集到的圖像進(jìn)行分析，通過(guò)算法識(shí)別、處理圖像信號(hào)，提取目標(biāo)特征信息，并根據(jù)分析結(jié)果控制外部設(shè)備動(dòng)作。

6.  其他外部設(shè)備 包括機(jī)器人、機(jī)械手等執(zhí)行設(shè)備，用于完成對(duì)目標(biāo)物體的抓取、分類(lèi)等動(dòng)作，完成視覺(jué)系統(tǒng)的最終任務(wù)。

二、工業(yè)相機(jī)的分類(lèi)與特點(diǎn)

工業(yè)相機(jī)的主要分類(lèi)依據(jù)包括芯片類(lèi)型、傳感器結(jié)構(gòu)、掃描方式、分辨率、輸出信號(hào)、色彩和響應(yīng)頻率等。工業(yè)相機(jī)一般分為以下幾類(lèi)：

1. 按芯片類(lèi)型：CCD相機(jī)和CMOS相機(jī)。

? CCD相機(jī)：光電轉(zhuǎn)換效率高，成像穩(wěn)定。其特點(diǎn)是以電荷為信號(hào)，依賴(lài)光電效應(yīng)形成電荷包，在驅(qū)動(dòng)脈沖下轉(zhuǎn)移輸出圖像信號(hào)。CCD具有低功耗、耐用、成像質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。

? CMOS相機(jī)：集成度高、功耗低、成本低。CMOS相機(jī)將光敏元陣列、圖像信號(hào)放大器等集成在同一芯片上，具有隨機(jī)訪問(wèn)像素、傳輸速度快等優(yōu)點(diǎn)，適用于高分辨率和高速檢測(cè)場(chǎng)合。

2. 按傳感器結(jié)構(gòu)：線陣相機(jī)和面陣相機(jī)。

? 線陣相機(jī)：適合于大視野檢測(cè)，如寬幅材料的表面檢測(cè)。

? 面陣相機(jī)：適合于靜態(tài)檢測(cè)應(yīng)用，成像范圍覆蓋整個(gè)圖像區(qū)域。

3. 按掃描方式：隔行掃描和逐行掃描。

? 逐行掃描：逐行掃描工藝復(fù)雜，適合動(dòng)態(tài)和高速檢測(cè)。

? 隔行掃描：逐行掃描在工業(yè)檢測(cè)應(yīng)用中更常見(jiàn)，隔行掃描則主要用于普通的民用相機(jī)。

4. 按分辨率：普通分辨率相機(jī)和高分辨率相機(jī)。

? 高分辨率相機(jī)：適合對(duì)圖像精度要求高的應(yīng)用場(chǎng)合，如缺陷檢測(cè)、尺寸測(cè)量。

5. 按色彩：?jiǎn)紊ê诎祝┫鄼C(jī)和彩色相機(jī)。

? 單色相機(jī)：適合對(duì)形狀、對(duì)比度檢測(cè)要求高的應(yīng)用場(chǎng)合。

? 彩色相機(jī)：適用于顏色分析和識(shí)別，需實(shí)現(xiàn)彩色圖像采集。

6. 按輸出速度：普通速度相機(jī)和高速相機(jī)。

? 高速相機(jī)：適合抓拍高速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)，應(yīng)用于生產(chǎn)線檢測(cè)。

7. 按響應(yīng)頻率范圍：普通相機(jī)、紅外相機(jī)和紫外相機(jī)。

? 紅外相機(jī)：適用于對(duì)熱圖像的識(shí)別。

? 紫外相機(jī)：用于特定材料或目標(biāo)的檢測(cè)。

三、工業(yè)相機(jī)與普通相機(jī)的差異

1. 性能和可靠性：工業(yè)相機(jī)穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)，適用于惡劣的工作環(huán)境。

2. 快門(mén)速度：工業(yè)相機(jī)具有短快門(mén)時(shí)間，可以抓拍高速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)，而普通相機(jī)難以達(dá)到此效果。

3. 逐行掃描：工業(yè)相機(jī)多采用逐行掃描，生成無(wú)抖動(dòng)的圖像，而普通相機(jī)常為隔行掃描。

4. 幀率：工業(yè)相機(jī)幀率遠(yuǎn)高于普通相機(jī)，適合高速檢測(cè)場(chǎng)合。

5. 圖像質(zhì)量：工業(yè)相機(jī)輸出原始數(shù)據(jù)，更適合后續(xù)圖像處理，而普通相機(jī)經(jīng)過(guò)壓縮處理，圖像質(zhì)量較差。

6. 價(jià)格：工業(yè)相機(jī)價(jià)格較高，但具備更多工業(yè)級(jí)功能，適合精密檢測(cè)。

四、工業(yè)相機(jī)的選型指南

1. 應(yīng)用需求：根據(jù)目標(biāo)物體特性和應(yīng)用需求選擇CCD或CMOS相機(jī)。

2. 分辨率選擇：根據(jù)檢測(cè)精度需求選擇分辨率，合理分配像素分辨率以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3. 與鏡頭的匹配：相機(jī)傳感器尺寸需小于或等于鏡頭尺寸，同時(shí)接口類(lèi)型（C或CS接口）也要匹配。

4. 幀數(shù)選擇：對(duì)高速運(yùn)動(dòng)物體的檢測(cè)需選擇幀數(shù)高的工業(yè)相機(jī)，確保成像穩(wěn)定。

五、鏡頭的選擇與匹配

鏡頭是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其作用是實(shí)現(xiàn)光束的變換與調(diào)制。鏡頭的匹配包括接口類(lèi)型和CCD尺寸匹配。

1. 接口匹配：C接口鏡頭可兼容C和CS接口的相機(jī)，而CS接口鏡頭則只能用于CS接口相機(jī)。

2. 鏡頭選擇：選擇合適焦距和光圈的鏡頭，確保圖像清晰度；小尺寸鏡頭會(huì)出現(xiàn)周邊黑影（KERARE現(xiàn)象）。

3. 鏡頭技術(shù)：為提高清晰度，鏡頭制造過(guò)程中使用了高精度曲面鏡片組合，部分鏡頭采用非球面鏡片以改善圖像質(zhì)量。

六、光源在機(jī)器視覺(jué)中的作用與分類(lèi)

光源對(duì)圖像的采集效果有直接影響，根據(jù)應(yīng)用要求選用適合的光源類(lèi)型是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量成像的關(guān)鍵。光源種類(lèi)包括LED、鹵素?zé)簟⒏哳l熒光燈等。

1. LED光源：廣泛應(yīng)用于機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，具有可控的亮度和顏色、低能耗、長(zhǎng)壽命、響應(yīng)快等特點(diǎn)。

2. 光源類(lèi)型：

? 環(huán)形光源：用于三維檢測(cè)，可均勻分布光線。

?  背光源：適用于測(cè)量輪廓特征，常用于透明材料檢測(cè)。

? 條形光源：適合大范圍檢測(cè)，如金屬表面檢查。

?  同軸光源：避免反射干擾，適合高反射物體檢測(cè)。

? AOI光源：用于電路板檢測(cè)，提高焊錫和三維信息的對(duì)比度。

? 球積分光源：適用于反射物表面檢測(cè)，確保光照均勻性。

 光源選型：根據(jù)檢測(cè)對(duì)象和環(huán)境條件選擇適合的光源，例如照明亮度、距離、波長(zhǎng)和角度，以區(qū)分被測(cè)物和背景，并突出圖像中的特征區(qū)域。

七、光源選型與光照方式

光源選型與設(shè)置影響成像效果，根據(jù)材料和表面特性選擇透射或反射照明。常見(jiàn)照明方式包括明視野（直射光）和暗視野（散射光），以提高物體與背景的對(duì)比度。圖像處理中二值化技術(shù)依賴(lài)于光源的選擇，通過(guò)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)比選擇最佳光源。