機器視覺系統(tǒng)的原理

通過光學系統(tǒng)，將需要拍攝的目標轉(zhuǎn)換成為圖像信號，再將圖像信號傳送至圖像采集卡，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。

圖像處理單元對這些數(shù)字信號進行有效地運算并獲得拍攝目標的特征值，從而根據(jù)判別的結(jié)果來指揮設(shè)備進行相對應(yīng)的動作。

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

照明(光源)

照明是影響機器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素，光源系統(tǒng)的設(shè)計至關(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、鹵素燈、熒光燈等;不可見光源主要為近紅外光、紫外光、X射線等。

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

不可見光源主要用來應(yīng)對一些特定的需求，如管道焊接工藝的檢測，由于不可見光的可穿透性，才能到達檢測點。

鏡頭

鏡頭是機器視覺系統(tǒng)中的重要組件，其作用是光學成像。

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(FOV，F(xiàn)ield of View)等。

景深，是指鏡頭能夠獲得最佳圖像時，被攝物體離此最佳焦點前后的距離范圍。

視場，表示攝像頭所能觀測到的最大范圍，通常以角度表示，一般說來，視場越大，觀測范圍越大。

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)計機器視覺系統(tǒng)時，要選擇參數(shù)與用戶需求相匹配的鏡頭。

工業(yè)相機

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

CCD—Charge Coupled Device

CMOS —Complementary MetalOxide Semiconductor

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

線陣相機，是呈“線”狀的，對圖像的信息只能以行為單位進行處理，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，相配套的機器視覺系統(tǒng)上。

面陣式相機則一次可以獲得整幅圖像的信息，價格相對便宜。

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行數(shù)字化，并輸入、存儲到計算機中。

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

執(zhí)行機構(gòu)與人機界面

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)果相匹配的動作，如剔廢、報警等，并通過人機界面顯示生產(chǎn)信息。

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