機(jī)器視覺系統(tǒng)的組成部分有哪些

機(jī)器視覺系統(tǒng)通常由五個元件（或組件）組成，如下所述。這些組件很常見，并且可能在其他系統(tǒng)中看到。然而，當(dāng)這些組件發(fā)揮各自不同的作用而協(xié)同工作時，它們就創(chuàng)建了一個具有復(fù)雜功能的視覺系統(tǒng)。

照明和機(jī)器視覺系統(tǒng)

照明負(fù)責(zé)照亮物體并突出顯示相機(jī)可以看到的獨特特征。它是機(jī)器視覺系統(tǒng)的關(guān)鍵方面之一；相機(jī)無法檢查它看不到的物體。因此，必須優(yōu)化照明參數(shù)，例如光源與相機(jī)和物體的距離、角度、強(qiáng)度、亮度、形狀、大小和照明顏色，以突出顯示正在檢查的特征。另外，物體在受到光線照射時，必須能夠被攝像頭清晰地看到；因此，在照明優(yōu)化過程中還必須考慮物體的表面屬性。

照明可由 LED、石英鹵素、熒光燈和氙氣頻閃光源提供。它可以是定向的或擴(kuò)散的。機(jī)器視覺系統(tǒng)中的照明技術(shù)分類如下：

背光

背光從后面照亮目標(biāo)。當(dāng)深色輪廓出現(xiàn)在明亮背景上時，它會產(chǎn)生對比度。背光用于檢測透明部件上的孔、間隙、裂紋、氣泡和劃痕。適用于零件的測量、放置、定位。如果需要非常精確的（亞像素）邊緣檢測，建議使用具有光控偏振的單色光。

漫射照明

漫反射（或全亮）照明用于照亮閃亮的鏡面和混合反射目標(biāo)，需要均勻且多方向的照明。漫射照明分為三種類型：

圓頂漫射照明是最常見的漫射照明技術(shù)，對彎曲表面和鏡面表面有效。它有助于減少眩光。

同軸照明，或同軸照明，使用鏡子將光線以與目標(biāo)和相機(jī)同軸的方向反射到目標(biāo)。將出現(xiàn)與相機(jī)成一定角度的表面。軸上照明可有效強(qiáng)調(diào)平面上的角度、紋理或地形特征。

平面漫射照明具有高度漫射光源，可用作前燈或投影燈。在平面漫射光源的中心觀察物體。這種照明技術(shù)廣泛應(yīng)用于 PCB 檢查。

部分明場照明

在部分明場或定向照明中，來自成角度的定向光源的光線直接照射到材料上。相機(jī)和物體彼此處于同軸位置。部分明場照明有助于產(chǎn)生對比度并強(qiáng)調(diào)表面的地形特征。然而，這種照明布置對于鏡面表面效果較差，因為它會產(chǎn)生照明熱點反射。

暗場照明

在暗場照明中，來自定向光源（例如條形光、點光或環(huán)形光）的光線以與表面的低角度 (10-150) 照射物體。這種照明布置通過將光線反射到相機(jī)，使劃痕、印記和凹口等表面缺陷顯得明亮；表面的其余部分似乎是黑色的。

諸如濾色器和偏振器之類的器件可用于機(jī)器視覺照明。濾色鏡用于使表面上的目標(biāo)特征變亮或變暗。相機(jī)中安裝偏光鏡可減少眩光和熱點等照明噪音并增加對比度。

機(jī)器視覺鏡頭

鏡頭捕捉圖像并以光的形式將其轉(zhuǎn)發(fā)到相機(jī)內(nèi)部的圖像傳感器。大多數(shù)鏡頭都具備顏色識別功能。機(jī)器視覺相機(jī)的鏡頭可以是可互換鏡頭（C 接口或 CS 接口）或固定鏡頭。鏡頭具有以下屬性，描述了它們可以捕獲的圖像質(zhì)量：

視場角是指圖像傳感器能看到的面積；焦距較長的鏡頭視野會縮小。

景深是指當(dāng)物體遠(yuǎn)離最佳焦點平面時無需重新聚焦即可保持可接受的圖像質(zhì)量的能力。它還會影響物體可接受的運動范圍。

焦深是指當(dāng)物體保持在同一位置時，隨著傳感器的移動，焦距質(zhì)量如何變化。

光圈是鏡頭的開口，光線通過它進(jìn)入相機(jī)。它控制進(jìn)入鏡頭的光量。它與景深成反比。

圖像傳感器

機(jī)器視覺相機(jī)內(nèi)部的圖像傳感器將鏡頭捕獲的光線轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像。它通常利用電荷耦合器件 (CCD) 或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS) 技術(shù)將光子轉(zhuǎn)換為電信號。圖像傳感器的輸出是由像素組成的數(shù)字圖像，顯示鏡頭觀察到的區(qū)域中是否存在光。

分辨率和靈敏度是圖像傳感器的關(guān)鍵規(guī)格。分辨率是傳感器在數(shù)字圖像中產(chǎn)生的像素數(shù)。分辨率更高的傳感器可產(chǎn)生更高質(zhì)量的圖像，這意味著可以觀察到被檢查物體的更多細(xì)節(jié)，并獲得更準(zhǔn)確的測量結(jié)果。分辨率還指機(jī)器視覺感知微小變化的能力。另一方面，靈敏度是指檢測圖像中可區(qū)分的輸出變化所需的最小光量。分辨率和靈敏度成反比；增加分辨率會降低靈敏度。

視覺處理單元

機(jī)器視覺系統(tǒng)的視覺處理單元使用算法來分析傳感器產(chǎn)生的數(shù)字圖像。視覺處理涉及一系列步驟，在外部（由計算機(jī)）或內(nèi)部（對于獨立機(jī)器視覺系統(tǒng)）執(zhí)行。首先，從圖像傳感器提取數(shù)字圖像并將其轉(zhuǎn)發(fā)到計算機(jī)。接下來，通過突出圖像上的必要特征來準(zhǔn)備數(shù)字圖像以供分析。然后分析圖像以找到需要觀察和測量的特定特征。一旦完成對特征的觀察和測量，就會將它們與定義和預(yù)編程的規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。最后做出決定，并通報結(jié)果。

通訊系統(tǒng)

通信系統(tǒng)將視覺處理單元做出的決策快速傳遞給特定的機(jī)器元件。一旦機(jī)器元件接收到信息（或信號），機(jī)器元件將根據(jù)視覺處理單元的輸出干預(yù)并控制過程。該機(jī)制是通過離散I/O信號或通過RS-232串行輸出或以太網(wǎng)形式的串行連接進(jìn)行數(shù)據(jù)通信來完成的。