選擇機(jī)器視覺組件

本文概述了機(jī)器視覺系統(tǒng)的組成部分，相機(jī)，鏡頭，光源，處理器和程序。讓我們先從相機(jī)開始。

你在選擇相機(jī)的首要考慮是需要的圖像分辨率。圖像分辨率是相機(jī)中的圖像傳感器上的行和列的行數(shù)和列數(shù)。圖像分辨率越高，你的視覺系統(tǒng)就可以解決的部分就越詳細(xì)，你的視覺系統(tǒng)的測量精度也就越高。然而，更高的圖像分辨率，創(chuàng)建更多的圖像數(shù)據(jù)傳輸和處理，并可能會(huì)限制你的視覺系統(tǒng)的速度。此外，更高的圖像分辨率需要一個(gè)更高的質(zhì)量和更昂貴的鏡頭。 

 

選擇相機(jī)  

下一個(gè)相機(jī)的特點(diǎn)，你需要考慮的是是否使用單色或彩色成像。通常這將是一個(gè)簡單的選擇。如果您的應(yīng)用程序不需要識別的顏色，或者如果它只需要兩個(gè)明顯不同的顏色之間的，那么顯然你應(yīng)該選擇一個(gè)單色相機(jī)。大多數(shù)機(jī)器視覺應(yīng)用程序使用單色相機(jī)。

色彩是必需的，如在整理食物成熟或瑕疵，你有兩個(gè)基本選擇：單芯片彩色攝像機(jī)和三芯片彩色攝像機(jī)。大多數(shù)彩色機(jī)器視覺系統(tǒng)使用一個(gè)單芯片彩色攝像機(jī)。這種單一的圖像傳感器芯片有一個(gè)像一個(gè)單色相機(jī)的圖像傳感器，除了每個(gè)像素有一個(gè)在每個(gè)像素的顏色過濾器，只響應(yīng)紅色，或綠色，或藍(lán)色的光。最常見的安排這些顏色過濾器是由一排交替的紅色和綠色的過濾器，和下一行組成的交替的綠色和藍(lán)色的過濾器的一行的拜耳模式。在攝像機(jī)的電路把從像素?cái)?shù)據(jù)信號給一個(gè)紅色，綠色和藍(lán)色的值為每個(gè)像素。

為單片機(jī)所指定的圖像分辨率，是紅色加上加綠色加藍(lán)色像素的像素。所以，在你的單芯片彩色攝像機(jī)紅顏色的真實(shí)圖像的分辨率是其指定的圖像分辨率的1/4。當(dāng)選擇一個(gè)單芯片彩色相機(jī)時(shí)，你必須考慮到這一減少的圖像分辨率。

三個(gè)芯片彩色攝像機(jī)類似于高端相機(jī)。他們有一個(gè)棱鏡組件，通過它的顏色將入射光在三個(gè)方向上分裂，并且在三個(gè)顏色路徑中的每一個(gè)都有三個(gè)仔細(xì)對準(zhǔn)的圖像傳感器。這三個(gè)芯片的彩色相機(jī)給你最好的表現(xiàn)，但在一個(gè)非常顯著的價(jià)格溢價(jià)。

另一個(gè)考慮，你在選擇一個(gè)相機(jī)是它的接口。在智能相機(jī)中，相機(jī)和處理器是集成在一起的，沒有相機(jī)處理器接口的用戶考慮。除了在日本，模擬相機(jī)仍然被廣泛應(yīng)用于機(jī)器視覺，所有的相機(jī)接口都是數(shù)字。有幾個(gè)選擇：USB 3，Camera Link，吉比特因特網(wǎng)，HS的鏈接，和CoaXPress。這些接口的特性的描述超出了本文的范圍。然而，有些接口（Camera Link，HS的鏈接，和CoaXPress）用于圖像數(shù)據(jù)率很高。如果你用的話，你會(huì)需要圖像采集卡，安裝在您的處理器。其他接口（USB 3和千兆因特網(wǎng)）直接插入電腦不需要圖像采集卡，并為許多機(jī)器視覺應(yīng)用提供滿意的圖像數(shù)據(jù)速率。

 

選擇一個(gè)鏡頭

在選擇相機(jī)后，您將需要選擇一個(gè)鏡頭。顯然，鏡頭必須安裝到相機(jī)，但它也必須提供正確的放大倍率和工作距離，以及與圖像分辨率兼容。對于真正緊湊的相機(jī)，你將有更小的鏡頭，更大的，更高分辨率的相機(jī)，你將有不同的鏡頭安裝更大的鏡頭。

在設(shè)置放大，你需要知道圖像傳感器的尺寸（HI）從你的相機(jī)數(shù)據(jù)表和您所需的視場（FOV）大小。放大倍率（M）是喜視場比。焦距（f）的透鏡的放大率和工作距離（WD）你需要確定。它可以從公式估計(jì)：

 

F = WD x M / (1 + M)

 

為了避免困難，找到一個(gè)鏡頭，準(zhǔn)備一些靈活性工作距離或在大小的視野。

該鏡頭還具有一個(gè)解決能力，不同的放大倍率。鏡頭的分辨能力必須與相機(jī)的圖像分辨率和圖像傳感器上的像素大小相匹配。

 

照明

下一個(gè)你需要考慮的組件是光源。經(jīng)驗(yàn)豐富的機(jī)器視覺工程師都知道，最常見的原因與機(jī)器視覺應(yīng)用的困難是選擇正確的照明問題。在制造環(huán)境中，在工程臺上工作的一種照明技術(shù)可能是不可靠的。

有兩種基本方法：背光照明和前照燈。在背光光源的位置，你的部分相對的相機(jī)側(cè)面。如果機(jī)械約束允許背光和零件的特征從它的輪廓清晰可見，然后背光通常給你最高的對比度的圖像。

在前照明中，您將光源放置在同一邊的一部分作為相機(jī)。光從一部分反射到相機(jī)。前照明可以敏感的反射，紋理，高度或坡度的部分的表面的變化。然而，前照明是最常見的照明形式的機(jī)器視覺應(yīng)用。你有很多不同的前照明方法定向聚光燈，投射清晰的陰影，環(huán)產(chǎn)生比較均勻的照明燈光，在軸擴(kuò)散照明和頂燈產(chǎn)生近無影照明。有效地選擇一個(gè)良好的照明光源為機(jī)器視覺應(yīng)用需要顯著的經(jīng)驗(yàn)。

 

處理器的選擇

下一步你可以考慮使用什么處理器。有三種基本的選擇：一臺個(gè)人電腦，一個(gè)嵌入式處理器的相機(jī)，或一個(gè)單獨(dú)的專用處理器。正在設(shè)計(jì)的機(jī)器視覺系統(tǒng)的一個(gè)很大一部分使用的個(gè)人計(jì)算機(jī)或它的衍生物。這種選擇給你最有價(jià)值的處理能力，一個(gè)環(huán)境，與軟件和可用的程序員是很好的支持，一個(gè)處理器來處理大量的相機(jī)的能力。

當(dāng)處理器被嵌入在相機(jī)中時(shí)，你有一個(gè)“智能相機(jī)”，智能相機(jī)被廣泛應(yīng)用于機(jī)器視覺。對于一個(gè)單一的相機(jī)應(yīng)用程序，一個(gè)智能相機(jī)可能是最簡單和最具成本效益的方法。然而，一臺電腦或筆記本電腦通常需要程序的智能相機(jī)。當(dāng)您的應(yīng)用程序需要兩個(gè)以上的相機(jī)，往往是智能相機(jī)將不是最低的成本的替代品，但你可能仍然發(fā)現(xiàn)他們有吸引力的其他原因，如易于維護(hù)，如果你已經(jīng)在其他應(yīng)用中使用智能相機(jī)。

一個(gè)智能相機(jī)可能會(huì)有一個(gè)鏡頭，有時(shí)一個(gè)環(huán)的發(fā)光二極管（LED）提供照明。鏡頭通常由供應(yīng)商提供，以符合您的應(yīng)用程序的要求。

 

使用什么程序

機(jī)器視覺系統(tǒng)的最后一個(gè)元素，你需要考慮的是程序接口的攝像頭，處理圖像，并將結(jié)果與其他自動(dòng)化組件連接。幸運(yùn)的是，機(jī)器視覺供應(yīng)商在這方面取得了顯著進(jìn)展，在過去的二十年。最聰明的相機(jī)來的軟件，可以配置為一個(gè)應(yīng)用程序，包括接口，沒有任何計(jì)算機(jī)編程。許多這些智能相機(jī)使用拖放圖形化編程，其中的特定功能被拉到一個(gè)工作區(qū)，與線連接到其他功能塊，然后通過改變屬性調(diào)整，以提供最佳的性能。

更復(fù)雜的圖像處理是可能的，與高層次的軟件庫。這些庫給程序員提供了一個(gè)廣闊的圖像處理功能。雖然這些軟件包使非常復(fù)雜和強(qiáng)大的圖像處理的發(fā)展，他們需要在圖像處理的專業(yè)知識和在特定的軟件包。