機器視覺 就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺系統是指通過機器視覺產品（即(ji)圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)攝(she)取(qu)裝置，分 CMOS 和CCD 兩種(zhong)）將被攝(she)取(qu)目標(biao)轉(zhuan)換成圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)信(xin)號，傳(chuan)送(song)給專用(yong)的(de)(de)圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)處理系統，根(gen)據像(xiang)(xiang)(xiang)素分布和亮度(du)、顏色等(deng)信(xin)息(xi)，轉(zhuan)變成數字化信(xin)號；圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)系統對這些信(xin)號進行各(ge)種(zhong)運算(suan)來抽取(qu)目標(biao)的(de)(de)特征，進而根(gen)據判別的(de)(de)結果來控制現場的(de)(de)設備動(dong)作。

視覺系統組成部分：

1.照明光源

2.鏡頭

3.工業攝像機

4.圖(tu)像采集/處(chu)理(li)卡

5.圖像處理系統

6.其它外部設備

相機篇

        工業相機又俗稱攝像機，相比于傳統的民用相機（攝像機）而言，它具有高的圖像穩定性、高傳輸能力和高抗干擾能力等，目前市面上工業相機大多(duo)是基于CCD（Charge Coupled Device）或CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）芯片的相(xiang)機。

其中，CCD是目前機器視覺最為常用的圖像傳感(gan)器(qi)。它集光(guang)電轉換及(ji)電荷(he)存(cun)貯、電荷(he)轉移、信號讀取于(yu)一(yi)體(ti)，是典(dian)型的固(gu)體(ti)成像器(qi)件。

CCD的(de)突出(chu)特點(dian)是(shi)(shi)以電(dian)荷作(zuo)為信(xin)號，而不同于其(qi)它(ta)器件是(shi)(shi)以電(dian)流或者電(dian)壓(ya)為信(xin)號。這類成(cheng)像器件通(tong)過光電(dian)轉(zhuan)換形(xing)成(cheng)電(dian)荷包，而后在驅(qu)動脈沖的(de)作(zuo)用(yong)下轉(zhuan)移、放大輸(shu)出(chu)圖像信(xin)號。

典(dian)型(xing)的CCD相機由光(guang)學(xue)鏡頭、時(shi)序及同(tong)步信號發生器、垂直(zhi)驅(qu)動器、模擬/數字信號處(chu)理電路組成(cheng)。CCD作(zuo)為一種功能器件，與(yu)真空管(guan)相比，具有無(wu)(wu)灼傷(shang)、無(wu)(wu)滯后、低電壓工作(zuo)、低功耗等優點。

CMOS圖(tu)像(xiang)傳(chuan)感(gan)器的開(kai)發(fa)則(ze)最早出現在20世紀70 年代初，90 年代初期，隨著超大規模集(ji)成電路(lu) (VLSI) 制造工(gong)藝技(ji)術的發(fa)展(zhan)，CMOS圖(tu)像(xiang)傳(chuan)感(gan)器得到迅速發(fa)展(zhan)。

CMOS圖(tu)像(xiang)傳感(gan)器將光敏元(yuan)陣(zhen)列、圖(tu)像(xiang)信號(hao)放大(da)器、信號(hao)讀(du)取(qu)電路(lu)、模數轉換電路(lu)、圖(tu)像(xiang)信號(hao)處理器及控制器集成在一(yi)塊芯(xin)片上，還具有局部像(xiang)素(su)的編程(cheng)隨機(ji)訪問的優點。

目前，CMOS圖像傳感器以(yi)其良好的集成性、低功耗、高(gao)速傳輸(shu)和寬動態范(fan)圍(wei)等(deng)特點在(zai)高(gao)分辨率(lv)和高(gao)速場合得(de)到(dao)了廣(guang)泛(fan)的應用。

分類：

任何東西一定有它自己的分類標準，工業相機也不例外。

按照芯片類型(xing)可以(yi)分為CCD相(xiang)機、CMOS相(xiang)機；

按照傳感器的結構(gou)特性(xing)可以分(fen)為線陣相機、面陣相機；

按照掃(sao)描(miao)方式可以(yi)分為隔行(xing)掃(sao)描(miao)相機、逐(zhu)行(xing)掃(sao)描(miao)相機；

按照分(fen)辨(bian)率(lv)大小(xiao)可以(yi)分(fen)為普通分(fen)辨(bian)率(lv)相機(ji)、高分(fen)辨(bian)率(lv)相機(ji)；

按照輸出信號方式可以分為模擬相機、數(shu)字(zi)相機；

按照輸(shu)出色彩可(ke)以分為單色（黑白）相機、彩色相機；

按照輸(shu)出信(xin)號(hao)速度可以分為(wei)普(pu)通速度相(xiang)機、高速相(xiang)機；

按照響應頻率范(fan)圍可以分為(wei)可見(jian)光(guang)（普通）相(xiang)機、紅外(wai)相(xiang)機、紫外(wai)相(xiang)機等。

區別：

1、工業相機的(de)(de)性能穩定可(ke)靠易(yi)于安裝，相(xiang)機結(jie)構緊(jin)湊結(jie)實不易(yi)損壞，連續工作時間長(chang)，可(ke)在較差的(de)(de)環境下(xia)使用，一(yi)般的(de)(de)數(shu)(shu)碼相(xiang)機是(shi)做不到這些的(de)(de)。例如：讓民(min)用數(shu)(shu)碼相(xiang)機一(yi)天工作24小時或(huo)連續工作幾(ji)天肯定會受不了的(de)(de)。

2、工業相機的快門時間非常短，可以抓拍高速運動的物體。例如，把名片貼在電風扇扇葉上，以最大速度旋轉，設置合適的快門時間，用工業相機抓拍一張圖像，仍能夠清晰辨別名片上(shang)的(de)字(zi)體(ti)。用普(pu)通的(de)相機來抓拍，是不可能達到(dao)同樣效果的(de)。

3、工業相機的圖(tu)像傳(chuan)感(gan)器是逐(zhu)行(xing)掃描的，而普通的相機的圖(tu)像傳(chuan)感(gan)器是隔行(xing)掃描的， 逐(zhu)行(xing)掃描的圖(tu)像傳(chuan)感(gan)器生產(chan)(chan)工藝比(bi)較(jiao)復雜，成品率低，出貨量少，世界上只有少數公(gong)司能夠(gou)提供這(zhe)類產(chan)(chan)品，例如Dalsa、Sony，而且(qie)價格昂貴。

4、工業相機的幀率遠遠高于普通相機。工業相機每秒可(ke)以拍攝十(shi)幅(fu)(fu)到幾百幅(fu)(fu)圖片，而普通相機只能拍攝2-3幅(fu)(fu)圖像，相差較大。

5、工業相機輸出的是裸數據(raw data)，其光譜范圍也往往比較寬，比較適合進行高質量的圖像處理算法，例如機器視覺(Machine Vision)應用。而普通相機拍攝的圖片，其光譜范圍只適合(he)人眼(yan)視覺，并且(qie)經過了mjpeg壓(ya)縮(suo)，圖像質(zhi)量較(jiao)差，不(bu)利于分析處理。

6、工業相機(Industrial Camera)相對普通相機(DSC)來說價格較貴。

如何選擇：

1、根據應用的不同分別選用CCD或CMOS相機CCD工業相機主要應用在運動物體的圖像提取，如貼片機機器視覺，當然隨著CMOS技術的發展，許多貼片機也在選用CMOS工業相機。用在視覺自動檢查的方案或行業中一般用CCD工業相機比較多。CMOS工業相機由成本低，功耗低也應用越來越廣泛。

2、分(fen)辨(bian)(bian)率的選(xuan)擇(ze)首先考慮待觀(guan)(guan)察或待測量物(wu)體的精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)，根據精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)選(xuan)擇(ze)分(fen)辨(bian)(bian)率。相(xiang)機像素精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)=單(dan)方向(xiang)(xiang)視野范圍大小/相(xiang)機單(dan)方向(xiang)(xiang)分(fen)辨(bian)(bian)率。則(ze)(ze)相(xiang)機單(dan)方向(xiang)(xiang)分(fen)辨(bian)(bian)率=單(dan)方向(xiang)(xiang)視野范圍大小/理論精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)。若單(dan)視野為(wei)5mm長，理論精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)為(wei)0.02mm，則(ze)(ze)單(dan)方向(xiang)(xiang)分(fen)辨(bian)(bian)率=5/0.02=250。然而為(wei)增加系統(tong)穩定性，不會只用一(yi)(yi)個像素單(dan)位對應一(yi)(yi)個測量/觀(guan)(guan)察精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)值，一(yi)(yi)般(ban)可以選(xuan)擇(ze)倍數4或更高。這(zhe)樣(yang)該(gai)相(xiang)機需求(qiu)單(dan)方向(xiang)(xiang)分(fen)辨(bian)(bian)率為(wei)1000，選(xuan)用130萬像素已經足夠。

其次看工業相機的輸出，若是體式觀察或機器軟件分析識別 ，分辨率高是有幫助的；若是VGA輸出或USB輸出，在顯示器上觀察，則還依賴于顯示器的分辨率，工業相機的分辨率再高，顯示器分辨率不夠，也是沒有意義的；利用存儲卡或拍照功能，工業相機的分辨率高也是有幫助(zhu)的。

3、與鏡頭的(de)匹配傳感器(qi)芯片尺(chi)(chi)寸需要(yao)小于(yu)(yu)或等于(yu)(yu)鏡頭尺(chi)(chi)寸，C或CS安(an)裝座也要(yao)匹配（或者增加轉(zhuan)接口(kou)）。

4、相機幀數選擇當被測物體有運動要求時，要選擇幀數高的工業相機。但(dan)一般來(lai)說分辨率越(yue)高，幀數越(yue)低。

鏡頭篇

鏡頭的基本功能就是實現光束變換（調制），在機器視覺系統中，鏡頭的主要作用是將成像目標在圖像傳感器的光敏面上。鏡頭的質量直影響到機器視覺系統的整體性能，合理地選擇和安裝鏡頭，是機器視覺系統設計的重要環節。

基礎知識：

鏡頭匹配

大家如何(he)選(xuan)擇合(he)適鏡(jing)(jing)頭(tou)(tou)，鏡(jing)(jing)頭(tou)(tou)選(xuan)配(pei)時需(xu)要選(xuan)擇與攝(she)像(xiang)機接(jie)口(kou)和CCD的尺寸(cun)相匹配(pei)的鏡(jing)(jing)頭(tou)(tou)。鏡(jing)(jing)頭(tou)(tou)C和CS的接(jie)口(kou)方式(shi)占主流。小型的安防用的CS接(jie)口(kou)攝(she)像(xiang)機得到普(pu)及(ji)、FA行業則大部分是C接(jie)口(kou)的攝(she)像(xiang)機與鏡(jing)(jing)頭(tou)(tou)的組合(he)。對應的CCD尺寸(cun)、市場上一般(ban)根據用途使用2/3寸(cun)到1/3寸(cun)的產品(pin)。

互換性

C接(jie)口鏡頭可以與C接(jie)口攝像機、CS接(jie)口攝像機互用；

CS接(jie)口鏡頭不(bu)可以(yi)應(ying)用(yong)在C接(jie)口攝像(xiang)機(ji)(ji)，只可以(yi)應(ying)用(yong)在CS接(jie)口攝像(xiang)機(ji)(ji)。

KERARE

攝像機(ji)如果(guo)使用配備(bei)小CCD尺寸的(de)(de)鏡頭，那么周邊沒(mei)有攝取到圖像的(de)(de)部分呈現出黑色，我們(men)稱(cheng)其(qi)為(wei)KERARE。

鏡頭的作用：

將折(zhe)射率不同的(de)各種硝材通過研磨，加(jia)工成高精度的(de)曲面、把這(zhe)些鏡頭進行組(zu)合，就是設計鏡頭。從伽利略時代(dai)開始使(shi)用的(de)普遍技術是其基本原(yuan)理。為得到(dao)更清(qing)晰的(de)圖像(xiang)，一直在(zai)研究開發試制新(xin)的(de)硝材和非球面鏡片(pian)。

光源篇

LED光源、鹵素燈（光纖光源）、高頻熒光燈。目前LED光源最常用(yong)，主要有(you)如(ru)下幾個特點：

· 可制(zhi)成(cheng)各(ge)種形狀、尺寸及各(ge)種照射角度；

· 可(ke)根據需(xu)要制成各種(zhong)顏色，并可(ke)以隨時調節亮度(du)；

· 通過散熱裝置，散熱效果更(geng)好，光亮(liang)度(du)更(geng)穩定；

· 使用壽命長；

· 反應快捷，可在(zai)10微秒(miao)或(huo)更(geng)短的時間內達到最大亮度；

· 電源帶有外觸發，可(ke)以通過(guo)計算機(ji)控制，起動速(su)度快，可(ke)以用(yong)作頻閃燈(deng)；

· 運行成(cheng)本(ben)低、壽命(ming)長的LED，會在綜合成(cheng)本(ben)和性能(neng)方面體現(xian)出更大的優勢(shi)；

· 可根據客戶的需要，進行特殊設計。

LED光(guang)源按(an)形(xing)狀通常(chang)可分為以下幾(ji)類(lei)：

1、環形光源環形光源提供不(bu)同(tong)照射角度(du)、不(bu)同(tong)顏色組合，更能突出物體(ti)的三維(wei)信息；高(gao)密度(du)LED陣列，高(gao)亮(liang)度(du)；多種緊湊設計，節省安裝(zhuang)空間；解決(jue)對角照射陰影問題(ti)；可選(xuan)配漫射板導光，光線均勻擴(kuo)散。應用領域:PCB基板檢測，IC元件檢測，顯微鏡照明，液(ye)晶校正，塑(su)膠(jiao)容器檢測，集成(cheng)電路(lu)印(yin)字檢查。

2、背光源(yuan)用(yong)高(gao)密(mi)度LED陣(zhen)列(lie)面提供高(gao)強度背光照明，能突(tu)出物(wu)體(ti)。的(de)外(wai)形(xing)輪(lun)廓(kuo)特征，尤其適(shi)合作為顯微(wei)鏡的(de)載物(wu)臺。紅白兩用(yong)背光源(yuan)、紅藍多用(yong)背光源(yuan)，能調配出不同顏色(se)，滿足不同被測物(wu)多色(se)要求(qiu)。應用(yong)領域:機械零(ling)件(jian)尺(chi)寸(cun)的(de)測量(liang)，電子元件(jian)、IC的(de)外(wai)型檢(jian)測，膠片污點(dian)檢(jian)測，透明物(wu)體(ti)劃痕檢(jian)測等(deng)。

3、條形(xing)光源條形(xing)光源是(shi)較大方形(xing)結(jie)構被(bei)測(ce)物(wu)的首選光源；顏色(se)可根據(ju)需求搭配，自由組合；照射角度(du)與安裝隨意可調。應用領域:金屬表(biao)面檢查，圖像掃(sao)描，表(biao)面裂縫檢測(ce)，LCD面板檢測(ce)等。

4、同(tong)軸(zhou)光(guang)(guang)源同(tong)軸(zhou)光(guang)(guang)源可以消除物體表(biao)面不平整引起的陰影，從(cong)而減少(shao)干擾；部(bu)分采用分光(guang)(guang)鏡設計(ji)，減少(shao)光(guang)(guang)損(sun)失，提高成像清晰度，均勻照射物體表(biao)面。應(ying)用領(ling)域:系(xi)列光(guang)(guang)源最適(shi)宜用于反射度極(ji)高的物體，如金屬(shu)、玻(bo)璃、膠片(pian)(pian)、晶片(pian)(pian)等(deng)表(biao)面的劃傷檢測(ce)，芯(xin)片(pian)(pian)和(he)硅(gui)晶片(pian)(pian)的破損(sun)檢測(ce)，Mark點定位，包裝(zhuang)條碼識別。

5、AOI專用(yong)光源(yuan)不同角(jiao)度的(de)三(san)色(se)光照明，照射(she)凸顯焊錫(xi)三(san)維信息(xi)；外(wai)加漫(man)射(she)板導光，減(jian)少反光；不同角(jiao)度組(zu)合；應用(yong)領域(yu):用(yong)于電路板焊錫(xi)檢測。

6、球積(ji)分光源具有(you)積(ji)分效(xiao)果的半球面(mian)內壁(bi)，均勻(yun)反射(she)從底(di)部360度發射(she)出的光線，使整(zheng)個圖像的照度十分均勻(yun)。應用領域:合于曲面(mian)，表面(mian)凹凸，弧形表面(mian)檢(jian)測，或金(jin)屬、玻璃表面(mian)反光較強的物體表面(mian)檢(jian)測。

7、線(xian)形光(guang)源超高亮度，采用(yong)柱面透鏡聚光(guang)，適用(yong)于各種流水線(xian)連(lian)續(xu)檢測(ce)場合。應用(yong)領域:陣(zhen)相機照(zhao)明專(zhuan)用(yong)，AOI專(zhuan)用(yong)。

8、點光(guang)源大功率LED，體積小，發光(guang)強度高；光(guang)纖(xian)鹵(lu)素燈的替代品，尤其適合(he)作為鏡(jing)頭的同(tong)軸(zhou)光(guang)源等；高效散熱裝置，大大提高光(guang)源的使(shi)用壽命(ming)。應用領域:適合(he)遠心鏡(jing)頭使(shi)用，用于芯片(pian)檢測，Mark點定位，晶片(pian)及液晶玻璃(li)底基校正。

9、組合條(tiao)形(xing)光(guang)(guang)源四邊配(pei)置條(tiao)形(xing)光(guang)(guang)，每邊照明(ming)獨立可(ke)控；可(ke)根(gen)據被測物要求調(diao)整(zheng)所需照明(ming)角(jiao)度，適用性廣。應用案例:CB基板(ban)檢測，IC元件檢測，焊錫檢查，Mark點定(ding)位，顯(xian)微(wei)鏡照明(ming)，包(bao)裝條(tiao)碼(ma)照明(ming)，球(qiu)形(xing)物體(ti)照明(ming)等。

10、對位光源(yuan)對位速度快；視場大(da)；精度高；體積小(xiao)，便于檢測集成；亮度高，可選配輔(fu)助環(huan)形光源(yuan)。應用領域:VA系列(lie)光源(yuan)是全自動電路板印(yin)刷(shua)機對位的(de)專用光源(yuan)。

光源的選型

一、前提信息

1、檢測內容

外觀檢查、OCR、尺(chi)寸測定、定位

2、對象物

①想看(kan)什么？（異物、傷(shang)痕、缺損、標識、形狀等）

②表面(mian)狀態（鏡面(mian)、糙面(mian)、曲面(mian)、平(ping)面(mian)）

③立體？平面？

④材質、表面顏色

⑤視野范圍？

⑥動態還是靜態（相(xiang)機(ji)快門速(su)度）

3、限制條件

①工(gong)作距離（鏡頭下端到被測物表(biao)面距離）

②設置(zhi)條件（照(zhao)明的大(da)小(xiao)、照(zhao)明下端到(dao)被測物表面的距離、反(fan)射(she)型or透(tou)射(she)型）

③周(zhou)圍環(huan)境（溫度、外亂光）

④相機的(de)種類，面(mian)陣or線陣

二、簡單(dan)的預(yu)備知識：

1．因材質和厚度不(bu)同、對光的透(tou)過特性（透(tou)明度）各異。

2．光(guang)根拠(ju)其波長之長短、對物質的穿透能力(li)（穿透率）各異。

3．光的波長越長、對物(wu)質(zhi)的透過(guo)力越強，光的波長越短(duan)、在物(wu)質(zhi)表面(mian)的拡散率越大。

4．透(tou)射照明(ming)、即是使光(guang)線透(tou)射對象物(wu)、并観(guan)察其透(tou)過光(guang)之(zhi)照明(ming)手法。

三、光源：

1．穏定均(jun)勻的光源極其重要

2．目的：將被測物(wu)與背景盡(jin)量明顕區分

3．摂取圖像時、最重要之處是如何鮮(xian)明地獲得：被測物與背景的濃(nong)淡(dan)差

4．目前、在圖像處(chu)理(li)領域中最(zui)廣范的技術手法(fa)是：二值化（白黒(hei)）處(chu)理(li)為了能夠突(tu)出特征點(dian)，將特征圖像突(tu)出出來，在打光手法(fa)上，常用的包(bao)括有(you)明視(shi)野與暗視(shi)野。

明(ming)視(shi)野：用直射光(guang)來観(guan)察對象物整體(ti)(散亂光(guang)呈黒色)

暗視野：用散亂光來観察對象物整體(直射光呈白色)具體的光源選取方法還在于試驗的實踐經驗。