機(jī)器視覺系統(tǒng)組件

　　機(jī)器視覺系統(tǒng)(見圖1)的主要組件包括光源、鏡頭、圖像傳感器、視覺處理和通信。光源用于對檢測的元件進(jìn)行照明，讓元件的關(guān)鍵特征能夠突顯出來，確保相機(jī)能夠清楚地看到這些特征。鏡頭用于采集圖像，并將圖像以光線的形式呈現(xiàn)給傳感器。然后，機(jī)器視覺相機(jī)中的傳感器將該光線轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，然后將該數(shù)字圖像發(fā)送至處理器進(jìn)行分析。

　　視覺處理模塊由各種算法組成，這些算法將對圖像進(jìn)行審核，提取所需的信息，進(jìn)行必要的檢驗(yàn)，并作出決策。最后，通信通常是通過離散I/O信號或數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)的，主要是將這些信號或數(shù)據(jù)通過串行連接發(fā)送至一臺設(shè)備，以供記錄或使用。

　　大多數(shù)機(jī)器視覺硬件組件，如光源模塊、傳感器和處理器，都是以商用現(xiàn)貨(COTS)形式供應(yīng)的。用戶可以購買這些商用現(xiàn)貨(COTS)，自行將它們組裝成機(jī)器視覺系統(tǒng)，也可以直接購買集成式機(jī)器視覺系統(tǒng)，即一臺設(shè)備中已集成了所有部件。

　　下面列出了機(jī)器視覺系統(tǒng)的各個(gè)關(guān)鍵組件，包括：光源、鏡頭、視覺傳感器、圖像處理、視覺處理和通信。

　　光源

　　光源是成功獲取機(jī)器視覺檢測結(jié)果的一個(gè)關(guān)鍵組件。機(jī)器視覺系統(tǒng)是通過分析從物品上反射過來的光線而不是分析物品本身來創(chuàng)建圖像的。照明技術(shù)涉及到光源及其與元件和相機(jī)的相對位置。特殊的照明技術(shù)可通過將部分特征弱化，而將其他特征增強(qiáng)，從而改進(jìn)圖像，舉例來說，通過照明將元件的輪廓突顯出來，同時(shí)將表面細(xì)節(jié)遮擋住，以確保能夠測量元件的邊線。

　　鏡頭

　　鏡頭用于采集圖像，并將圖像發(fā)送至相機(jī)中的圖像傳感器。不同的鏡頭在光學(xué)質(zhì)量和價(jià)格方面存在差異，所使用的鏡頭將決定所采集圖像的質(zhì)量和分辨率。大多數(shù)視覺系統(tǒng)相機(jī)主要提供兩種類型的鏡頭：可現(xiàn)場互換的鏡頭和固定鏡頭。可現(xiàn)場互換的鏡頭通常為C接口或CS接口鏡頭。鏡頭和擴(kuò)展配件的正確組合可確保采集到最佳圖像。作為獨(dú)立式視覺系統(tǒng)的組成部分之一，固定鏡頭通常采用自動對焦技術(shù)，包括機(jī)械調(diào)焦鏡頭和液態(tài)鏡頭，它們都能夠自動對焦元件。自動對焦鏡頭在指定的距離下通常擁有固定的視場。

　　圖像傳感器

　　相機(jī)能否采集到照明得當(dāng)?shù)拇龣z驗(yàn)元件圖像，不僅僅取決于鏡頭，還取決于相機(jī)內(nèi)的圖像傳感器。圖像傳感器通常使用電荷耦合裝置(CCD)或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)將光線(光子)轉(zhuǎn)換成電信號(電子)。從本質(zhì)上來講，圖像傳感器的工作就是采集光線，然后將光線轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，該數(shù)字圖像在噪影、靈敏度和動態(tài)范圍方面保持平衡。圖像是像素的集合。微弱的光線通常產(chǎn)生暗像素，而明亮的光線則會產(chǎn)生較明亮的像素。很重要的一點(diǎn)是，必須確保相機(jī)的傳感器分辨率適合應(yīng)用。分辨率越高，圖像將擁有越多的細(xì)節(jié)，測量則將越準(zhǔn)確。元件尺寸、檢測公差及其他參數(shù)將決定所需的分辨率。

　　視覺處理

　　視覺處理是指從數(shù)字圖像中提取信息，這可以在基于PC的外部系統(tǒng)中進(jìn)行，也可以在獨(dú)立式視覺系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行。視覺處理是由視覺軟件分步驟進(jìn)行的。首先，從傳感器中獲取圖像。在某些情況下，可能需要進(jìn)行預(yù)處理，以優(yōu)化圖像，并確保所有必要的特征都突顯出來。接著，視覺軟件將定位具體的特征，進(jìn)行測量，并將這些測量結(jié)果與指定規(guī)格進(jìn)行比較。最后，作出決策，并將結(jié)果發(fā)送出去。

　　雖然機(jī)器視覺系統(tǒng)的許多機(jī)械組件(如光源)都提供類似的規(guī)格，但視覺系統(tǒng)的算法能夠?qū)⑺鼈儏^(qū)別開來，當(dāng)我們對不同的解決方案進(jìn)行比較時(shí)，視覺系統(tǒng)的算法應(yīng)當(dāng)位于需要評估的關(guān)鍵組件列表首位。視覺軟件將根據(jù)特定的系統(tǒng)或應(yīng)用來配置相機(jī)參數(shù)，作出通過- 未通過決策，與工廠車間進(jìn)行通信，以及支持HMI開發(fā)。

　　通信

　　由于視覺系統(tǒng)經(jīng)常使用各種現(xiàn)成的組件，因此，這些組件必須能夠與其他機(jī)器組件相協(xié)調(diào)，并且能夠快速、輕松地連接到其他機(jī)器組件。通常，這是通過離散I/O信號或數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)的，主要是將這些信號或數(shù)據(jù)通過串行連接發(fā)送至一臺設(shè)備，以供記錄或使用。離散I/O 點(diǎn)可以連接到可編程邏輯控制器(PLC)，PLC將使用這些信息來控制工作單元或指示器(如指示燈)，或者直接連接到輸出，該輸出可用于觸發(fā)不合格產(chǎn)品剔除裝置。

　　串行連接式數(shù)據(jù)通信可以傳統(tǒng)的RS-232串行輸出或以太網(wǎng)的形式進(jìn)行。有些系統(tǒng)采用較高層級的工業(yè)協(xié)議，如以太網(wǎng)/IP，可以連接到顯示屏等設(shè)備或其他操作界面，提供適用于應(yīng)用的操作界面，從而方便流程的監(jiān)控和控制。

　　結(jié)論

　　機(jī)器視覺通過從數(shù)字圖像中自動提取信息，來幫助用戶實(shí)現(xiàn)流程或質(zhì)量控制?，F(xiàn)在，大多數(shù)制造商都以自動化機(jī)器視覺取代了人工檢驗(yàn)員，因?yàn)闄C(jī)器視覺更適合執(zhí)行各種重復(fù)性檢測任務(wù)，它不僅能夠連續(xù)工作，還可以更快速地提供更客觀的檢測結(jié)果。機(jī)器視覺每分鐘能夠檢測數(shù)百個(gè)甚至數(shù)千個(gè)元件，并提供更一致、更可靠的檢測結(jié)果，而且能夠全天候不間斷地運(yùn)行。

　　在如今的制造領(lǐng)域中，最常見的機(jī)器視覺應(yīng)用包括測量、計(jì)數(shù)、定位和解碼。制造商采用機(jī)器視覺可以減少缺陷、提高成品率、促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化以及跟蹤元件，從而能夠顯著節(jié)省成本和提高利潤率。

（轉(zhuǎn)載）