一、機器視覺系統(tǒng)的組成

1.  照明光源在機器視覺系統(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目標的圖像投射到相機的傳感器上，鏡頭的質(zhì)量對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（相機）是獲取圖像信息的核心組件。與普通攝像機相比，工業(yè)相機具有高圖像穩(wěn)定性、長工作時間、高幀率、強抗干擾性等特點，主要分為CCD相機和CMOS相機。CCD相機以其高靈敏度廣泛應(yīng)用于運動物體成像，而CMOS相機則在高分辨率和高速應(yīng)用場合應(yīng)用越來越廣泛。

4. 圖像采集卡用于將攝像機采集到的模擬或數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為計算機可處理的信號格式。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)對采集到的圖像進行分析，通過算法識別、處理圖像信號，提取目標特征信息，并根據(jù)分析結(jié)果控制外部設(shè)備動作。

6.  其他外部設(shè)備 包括機器人、機械手等執(zhí)行設(shè)備，用于完成對目標物體的抓取、分類等動作，完成視覺系統(tǒng)的最終任務(wù)。

二、工業(yè)相機的分類與特點

工業(yè)相機的主要分類依據(jù)包括芯片類型、傳感器結(jié)構(gòu)、掃描方式、分辨率、輸出信號、色彩和響應(yīng)頻率等。工業(yè)相機一般分為以下幾類：

1. 按芯片類型：CCD相機和CMOS相機。

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

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

2. 按傳感器結(jié)構(gòu)：線陣相機和面陣相機。

? 線陣相機：適合于大視野檢測，如寬幅材料的表面檢測。

? 面陣相機：適合于靜態(tài)檢測應(yīng)用，成像范圍覆蓋整個圖像區(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，適合動態(tài)和高速檢測。

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

4. 按分辨率：普通分辨率相機和高分辨率相機。

? 高分辨率相機：適合對圖像精度要求高的應(yīng)用場合，如缺陷檢測、尺寸測量。

5. 按色彩：單色（黑白）相機和彩色相機。

? 單色相機：適合對形狀、對比度檢測要求高的應(yīng)用場合。

? 彩色相機：適用于顏色分析和識別，需實現(xiàn)彩色圖像采集。

6. 按輸出速度：普通速度相機和高速相機。

? 高速相機：適合抓拍高速運動的目標，應(yīng)用于生產(chǎn)線檢測。

7. 按響應(yīng)頻率范圍：普通相機、紅外相機和紫外相機。

? 紅外相機：適用于對熱圖像的識別。

? 紫外相機：用于特定材料或目標的檢測。

三、工業(yè)相機與普通相機的差異

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

2. 快門速度：工業(yè)相機具有短快門時間，可以抓拍高速運動的目標，而普通相機難以達到此效果。

3. 逐行掃描：工業(yè)相機多采用逐行掃描，生成無抖動的圖像，而普通相機常為隔行掃描。

4. 幀率：工業(yè)相機幀率遠高于普通相機，適合高速檢測場合。

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

6. 價格：工業(yè)相機價格較高，但具備更多工業(yè)級功能，適合精密檢測。

四、工業(yè)相機的選型指南

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

2. 分辨率選擇：根據(jù)檢測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：相機傳感器尺寸需小于或等于鏡頭尺寸，同時接口類型（C或CS接口）也要匹配。

4. 幀數(shù)選擇：對高速運動物體的檢測需選擇幀數(shù)高的工業(yè)相機，確保成像穩(wěn)定。

五、鏡頭的選擇與匹配

鏡頭是機器視覺系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其作用是實現(xiàn)光束的變換與調(diào)制。鏡頭的匹配包括接口類型和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，而CS接口鏡頭則只能用于CS接口相機。

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、光源在機器視覺中的作用與分類

光源對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型是實現(xiàn)高質(zhì)量成像的關(guān)鍵。光源種類包括LED、鹵素?zé)?、高頻熒光燈等。

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

2. 光源類型：

? 環(huán)形光源：用于三維檢測，可均勻分布光線。

?  背光源：適用于測量輪廓特征，常用于透明材料檢測。

? 條形光源：適合大范圍檢測，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。

? AOI光源：用于電路板檢測，提高焊錫和三維信息的對比度。

? 球積分光源：適用于反射物表面檢測，確保光照均勻性。

 光源選型：根據(jù)檢測對象和環(huán)境條件選擇適合的光源，例如照明亮度、距離、波長和角度，以區(qū)分被測物和背景，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比度。圖像處理中二值化技術(shù)依賴于光源的選擇，通過實踐經(jīng)驗對比選擇最佳光源。