探索机器视觉系统的基本要素

本文摘要：机器视觉系统由众多部件构成，其中还包括照相机、图像采集卡、灯光单元、光学元件与镜头、处理器、软件及表明设备等。非常简单的机器视觉系统可以辨识2D或3D条形码，更加简单的系统可以保证检测的元件符合特定的容差拒绝、装配准确、没缺失。 很多机器视觉系统配有了使用有所不同类型图像传感器的照相机（如表格1右图）。为了确认照相机可取得的分辨率，最重要的是解读这些传感器可以辨别的每毫米线对数(lp/mm) ，而不是有效地的像素点数。

机器视觉系统由众多部件构成，其中还包括照相机、图像采集卡、灯光单元、光学元件与镜头、处理器、软件及表明设备等。非常简单的机器视觉系统可以辨识2D或3D条形码，更加简单的系统可以保证检测的元件符合特定的容差拒绝、装配准确、没缺失。

　　很多机器视觉系统配有了使用有所不同类型图像传感器的照相机（如表格1右图）。为了确认照相机可取得的分辨率，最重要的是解读这些传感器可以辨别的每毫米线对数(lp/mm) ，而不是有效地的像素点数。　　例如，在一个典型的25881958像素、500万像素光学器中，大小为1.4m2的像素可获取357lp/mm的分辨率；而一个640480像素的VGA光学器，其像素大小为5.7m2，可实现88lp/mm的分辨率。

对于具备完全相同尺寸的光学器而言，像素就越小，每毫米中就可辨别更好的线对数。　　如果一个类似的图像传感器包括3m2的像素，那么根据尼奎斯特取样定律，理论上图像中可以被辨别的大于特性尺寸为6m。

然而实际应用于中，并无法超过这一大于尺寸值，因为每个镜头都会产生一定程度的像劣。　　灰度图像一般来说不会按每像素8比特存储，从而获取256个有所不同的灰度交错。图像中的黑色特性对应更加较低数值；更加暗的像素对应更高数值。这种方法很便利，因为单一字节对应着单一像素。

　　自由选择照相机　　一般来说，机器视觉系统中用于的照相机，可以通过USB3.0、以太网、FireWire、Camera Link及CoaXPress等模块将照相机中捕捉到的图像传输到PC系统中。　　目前，构建机器视觉灯光、图像捕猎及处置等功能的智能照相机，正在为读者条形码或检测部件是否不存在等自动化视觉任务获取经济型解决方案。尽管智能照相机的处理器性能也许不足以符合这些任务的市场需求，但是更加简单或拒绝更高速度的任务则必须额外的处置能力。

　　除了性能外，系统集成商还要要求使用何种支持软件以及照相机如何相连到外部设备。尽管很多检测部件是否不存在的应用于中都使用了智能照相机，但是一些其他应用于有可能必须将照相机相连到表明设备，借以表明捕捉到的图像和图像分析的结果。　　很多智能照相机的处理器运营专用的操作系统；也有一些智能照相机运营Linux或Unix等商业操作系统。

当然，这些照相机可以运营任何可在PC上运营的软件包。　　灯光元件　　通过配有准确的机器视觉灯光系统，能以高对比度反复捕猎图像特征。如果灯光的配有不准确，机器视觉系统的顺利性、可靠性、可重复性和易用性都正处于较小的风险中。

为了保证机器视觉系统配有准确的灯光元件，设计师必须咨询灯光制造商，或利用图像灯光实验室检测有所不同的灯光选项。　　LED灯光正在开始替代目前常用于机器视觉系统中的荧光灯、光纤卤素灯及氙气闪光灯光源，因为LED灯光具备更高的一致性、更长的使用寿命和更佳的稳定性。LED灯光可以获取各种各样的色彩能够选通闪烁，这一特性在高速机器视觉应用于中十分简单。

　　除了灯光类型，另一个要求图像光学的最重要因素是光照到待测物体上的角度。两种最常用的为物体获取灯光的方式是：暗场灯光和亮场灯光　　暗场灯光从较低的角度灯光物体；亮场灯光则从较高的角度灯光物体。　　Darkfield暗场　　Brightfield亮场　　Field of view视场　　暗场灯光从较低角度灯光物体，在一个十分光滑的如镜面般的物体表面上，光线的光将远超过照相机的视野范围。

物体的表面将呈现出为黑色，而通过照相机捕捉到的物体表面闪烁的部分，就对应着表面的缺失或划痕。　　亮场灯光与暗场灯光忽略，亮场灯光是在光学物体的上方打光，因此物体光线的光将正处于照相机的视场范围内。亮场灯光配备中，物体表面上任何不倒数处光线的光均无法被照相机接管而表明黑色。因此，该技术被用作为知音升空的非反射性物体获取灯光。

　　色彩效应　　如果某个应用于拒绝用于彩色照相机，则必须白光灯光待检测的元件。如果必须区分待检测元件的颜色，则白光必须在整个波长范围内产生公平光谱（equal spectrum），以便分析图片中的颜色。

　　通过黑白单色照相机也可以辨识图像中的颜色，这种方法必须自由选择适合的灯光灯光图像（如下图右图）。右图中上面一行图片是人眼仔细观察到的图像效果，而下面一行的图像则表明了单色照相机呈现的图像效果。　　为机器视觉系统应用于寻找颜色准确的灯光光源，能对捕捉到的图像产生最重要影响。　　As seen by the human eye：人眼看见的颜色　　As seen by a BW vision system：黑白视觉系统呈现的颜色　　Red：白　　White：红　　Green：蓝　　为了照耀图像，用于了三种有所不同颜色的光：600nm红光（左侧）、白光（中间）和520nm绿光（右侧）。

为了使该图像呈现最佳的对比度，最差的方式是用于绿色光，因为绿色是红色的互补色。这种对比可以被单色照相机精彩地辨识出来。如果为了滤掉红色，则最差使用红色光照耀物体。

如果图片本身是五光十色的，并且不必须辨识其中的任何一种颜色，那么白光灯光则是更加适合的自由选择。

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