什么是机器视觉

机器视觉的应用领域非常的广泛，目前还没有明确的定义，美国工程师协会（SME）机器视觉分会和美国机器人工业协会（RIA）的自动会视觉分会对与机器视觉的定义为：“机器视觉是研究如何通过光学装置和非接触式传感器自动地接受、处理真实场景的图像，以获得所需信息或用于控制机器人运动的学科。”

它安全可靠；生产效率高，成本低；精度高；准确性高；重复性好；检测范围广。

机器视觉系统的硬件构成

工作流程图如下图所示：

硬件系统

1. 光源

作为辅助成像设备，主要作用有：显现被测物体的重要特征；消隐不感兴趣区域；保证成像效果有利于图像处理；保证图像的稳定。

根据检测目标物体和检测要求决定如何打光以及选择何种光源。例如，要突出结构细节，可以选择正面或者正侧面光源。

1. 相机：

一种将影像转换成数字信号或者模拟信号的工具。稳定性高、传输能力强、高抗干扰能力。相机的选用要考虑检测产品的精度要求、检测物体的速度、是动态还是静态检测、相机的类型、参数、以及价格。

相机分类

1️⃣按色彩分，可以分为彩色相机和黑白相机。一般来说除去色彩检测外，通常情况下选用黑白相机，因为黑白相机更加的高效，彩色图像输入到软件中也是先转换为黑白图像再处理。

2️⃣按感光芯片技术分，可以分为CCD相机和CMOS相机。大多数情况下，CCD成像质量高于CMOS，需要根据项目要求进行选择。低光弱速的情况下可选CCD，以获得更丰富的图像细节；若追求性价比、成像速度和质量可选用新式的CMOS。

3️⃣按传感器的像素排列方式，可分为面阵相机与线阵相机。面阵相机可以应用到面积、形状、尺寸、位置，甚至温度检测；线阵相机应用于图像区域是条形或者高速运动物体成像等。线阵相机主要应用于一些高精度扫描数据领域，面阵相机应用于一些不需要太高精度的场所。

4️⃣按照数据输出模式，可分为模拟相机和数字相机。模拟相机通用性好，成本低，缺点是一般分辨率低，采集速度慢，易受噪声影响；数字相机内部集成了A/D转换电路，可以直接将模拟量的图像信号转化为数字信号，抗干扰能力强、分辨率高、视频信号格式多样、视频输出接口丰富等。

相机的主要参数

1. 分辨率：相机每次采集图像的像素点数。主要用于衡量相机分辨明暗细节的能力。一般用W(水平方向上每一行像素数)*H（垂直方向上每一列像素数）表示。一般来讲，相机像素精度>=项目检测精度。

1. 像素尺寸：指每一个像素的实际大小，单位一般为um。在分辨率一样的情况下，像素尺寸越小，得到的图像越大。

1. 像素深度：每位像素数据的位数。8bits表示黑白图像，24bits表示彩色图像，深度越大颜色信息越丰富。

1. 帧率：相机每一秒拍摄的帧数。对于面阵相机为每秒采集帧数，线阵相机为每秒采集行数。帧率越大，每秒捕捉的图像越多，图像显示越流畅

1. 曝光方式和快门速度：线阵相机都是逐行曝光；面阵相机有帧曝光、场曝光和滚动行曝光。

1. 数字接口：用于输出相机数据

相机选型

1. 确定系统精度要求和相机分辨率

1. 根据被测物是否运动，选择相机快门方式。运动-----全局快门；静止-----卷帘快门。

1. 确定相机的帧率。根据物体运动速度确定，通过公式：

1. 确定相机的图像色彩，基本选用黑白相机，黑白图像的检测精度优于彩色相机。

1. 相机与图像采集卡的匹配问题。分辨率的匹配；特殊功能的匹配；接口的匹配；视频信号的匹配。

1. 价格的比较。

1. 镜头

镜头分类

1. 按焦距能否调节，可分为定焦和变焦两大类。定焦又分为鱼眼、短焦、标准、长焦。

1. 根据镜头接口类型划分，三种国际标准：F接口、C接口、CS接口。后两种是工业常见标准接口，适用于物镜焦距小于25mm且物镜尺寸不大的情况。F接口是通用性接口，一般适用于焦距大于25mm镜头。

1. 特殊用途镜头：显微镜头、微距镜头、远心镜头、紫外镜头和红外镜头。

镜头参数

1. 分辨率。表示它的空间极限分辨能力，越高则成像越清晰，应当不小于相机分辨率。

1. 物距与焦距。焦距体现了镜头的基本特征：即在不同物距上，目标的成像位置和成像大小由焦距决定。

1. 最大像面。指镜头能支持的最大清晰成像范围。

1. 视场/视场角。镜头最大面像所对应的观测区域。

1. 光圈（F）。镜头相对孔径的倒数。其他参数恒定时，光圈越大，进入相机的光线越多，画面越亮

1. 景深，指镜头前方沿着光轴所测定的能够清晰成像的范围，与镜头和成像系统关系密切。景深=前景深+后景深。前景深：;后景深:.

1. 对比度，形容图像最亮与最暗处的差别，用MTF表示：

1. 镜头倍率，与被测物体工作距离有关。

1. 接口，应与相机物理接口相匹配。

镜头的选择

1. 确定镜头的工作波长和是否需要变焦；

1. 确定镜头景深效果；

1. 确定焦距；

1. 根据现场拍摄要求，考虑光圈、价格等其他因素。

1. 图像采集卡

将来自相机的模拟信号或者数字信号转化为所需的图像数据流并发送到计算机端，是相机和计算机之间的重要连接组件。

选型

明确功能需求，以及相机的详细参数，图像采集卡的选型应当与相机相匹配。

1. 支持的接口模式；

1. 支持的分辨率；

1. 其他：如硬件的可靠性，是否有电压保护、散热性能等。

1. 图像处理单元

HALCON等图像处理软件

1. 交互界面

人与计算机进行信息交互的通道