機(jī)器視覺(jué)之硬件選型

 　一、光源選型

　　光源是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中關(guān)鍵的組成部分，適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)照明設(shè)計(jì)，能使圖像中的目標(biāo)信息與背景信息得到分離，能降低圖像算法分割，識(shí)別的難度，同時(shí)提高系統(tǒng)的定位，測(cè)量精度。

　　1.1光源壽命

　　目前常見(jiàn)的幾種光源有白熾燈，熒光燈，汞燈和LED，而前面這些光源的缺點(diǎn)就是不穩(wěn)定，衰減較快(記得小時(shí)候家的白熾燈是沒(méi)用多久就很暗了...)。而LED作為新的半導(dǎo)體發(fā)光材料，在壽命方面十分具有優(yōu)勢(shì)，普通5mmLED燈在10mA驅(qū)動(dòng)電流下，半衰期達(dá)到10000-30000h。故LED燈是機(jī)器視覺(jué)中光源制作的材料。

　　1.2光源類型

　　背光

　　背光是光源背面照射物體，物體不透明的地方則對(duì)應(yīng)圖像黑色像素點(diǎn)，使待測(cè)物透光和不透光部分邊緣清晰，有利于檢測(cè)物體的輪廓邊緣信息。常用于液晶文字檢查，小型電子元器件尺寸，軸承，半導(dǎo)體的外形和尺寸檢查。

　　前光

　　前光是指放置在待測(cè)物前方(與之呈一定的角度)的光源，通過(guò)物體表面的反射光，多用于檢測(cè)反光和不平整表面，如IC芯片上的印刷字符，電路板元器件，焊點(diǎn)，封蓋標(biāo)記等。

　　環(huán)形光

　　環(huán)形光是指將環(huán)形光和CCD相機(jī)中心點(diǎn)同軸安放，它能為待測(cè)物體提供大面積均衡的照明，與待測(cè)物體距離合適時(shí)，可大大減少陰影，提高對(duì)比度，實(shí)現(xiàn)大面積熒光照明。廣泛應(yīng)用于有紋理表面的大面積檢測(cè)。

　　彩色光

　　彩色光多用于檢測(cè)物體上的彩色特征，如用紅光檢測(cè)時(shí)，可加強(qiáng)圖像里物體表面上的紅色特征顯示效果，削弱物體其他顏色的特征，即能在圖像中更好地分割檢測(cè)到ROI區(qū)域。

　　同軸光

　　高密度LED光源陣列，亮度大幅提高。提供了比傳統(tǒng)光源更均勻的照明，宜用于反射度*的物體，如金屬、玻璃、膠片、晶片等表面的劃傷檢測(cè)，Mark點(diǎn)定位。

　　幾種光源的特性

　　二、鏡頭選型

　　現(xiàn)代相機(jī)呈像原理幾乎都與凸透鏡有關(guān)，而其中主要概念涉及主軸，光心，焦點(diǎn)，焦距，物距和像距等概念。通過(guò)凸透鏡兩個(gè)球面球心的直線稱為光軸，凸透鏡的中心O稱為光心，平行于主軸的光線經(jīng)過(guò)凸透鏡后會(huì)會(huì)聚于主光軸上一點(diǎn) F，此點(diǎn)為焦點(diǎn)。焦點(diǎn) F 到凸透鏡光心O的距離成為焦距，用 f 表示，凸透鏡的球面半徑越小，焦距越短。物體到凸透鏡光心的距離稱為物距 u。物體經(jīng)凸透鏡所成的像到凸透鏡光心的距離稱為像距 v 。

　　2.1鏡頭的物理接口

　　其實(shí)就是鏡頭和相機(jī)的物理接口方式，工業(yè)鏡頭常用的接口形式有C口，CS口，F(xiàn)口，其中C/CS是專門(mén)用于工業(yè)領(lǐng)域的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接口。鏡頭選擇何種接口，應(yīng)以相機(jī)的物理接口為準(zhǔn)。

　　2.2光學(xué)尺寸

　　鏡頭光學(xué)尺寸是指鏡頭能兼容CCD芯片的尺寸。相機(jī)之所以能成像，是因?yàn)殓R頭把物體反射的光打到了CCD芯片上面。因此鏡頭的鏡片直徑應(yīng)大于或等于CCD芯片尺寸。常見(jiàn)鏡頭的相面尺寸有1/3in，1/2in，2/3in等。

　　2.3視場(chǎng)角

　　視場(chǎng)就是整個(gè)系統(tǒng)能夠觀察的物體的尺寸范圍。

　　通常用視場(chǎng)角來(lái)表示視場(chǎng)的大小，且按照視場(chǎng)的大小，可以把鏡頭劃分為魚(yú)眼鏡頭，超廣角鏡頭，廣角鏡頭和魚(yú)眼鏡頭。

　　2.4焦距

　　焦距是光學(xué)系統(tǒng)中衡量光的聚集或發(fā)散程度的參數(shù)，上面介紹過(guò)。鏡頭焦距的長(zhǎng)短決定著視場(chǎng)角的大小，焦距越短，視場(chǎng)角就越大，觀察范圍也越大，但遠(yuǎn)處的物體不清楚。焦距越長(zhǎng)，視場(chǎng)角就越小，觀察范圍也越小，很遠(yuǎn)的物體也能看清楚。

　　2.5景深

　　景深是指在攝影機(jī)鏡頭前沿，能夠取得清晰物體圖像的前后距離范圍。在聚焦完成后，焦點(diǎn)前后范圍內(nèi)所呈現(xiàn)的清晰圖像。

　　影響景深的重要因素如下：

　　(1)鏡頭光圈 光圈越大，景深越淺;光圈越小，景深越深。

　　(2)鏡頭焦距 焦距越長(zhǎng)，景深越淺，焦距越短，景深越深。

　　(3)物體與背景之間距離 距離越近， 景深越淺， 距離越遠(yuǎn)， 景深越深。

　　(4)物體與鏡頭之間距離 距離越遠(yuǎn)， 景深越淺， 距離越近， 景深越深。

　　2.6鏡頭分類

　　可分為定焦鏡頭，變焦鏡頭，特殊鏡頭。定焦鏡頭一般指魚(yú)眼鏡頭，短焦鏡頭，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，長(zhǎng)焦鏡頭。變焦鏡頭可分為手動(dòng)變焦和電動(dòng)變焦。而特殊鏡頭中可分為顯微鏡頭(一般用于成像比例大于10：1拍攝系統(tǒng))，微距鏡頭，遠(yuǎn)心鏡頭(主要用于糾正傳統(tǒng)鏡頭的視差而設(shè)計(jì)的 ，即在一定的范圍內(nèi)使得到的圖像放大倍率不隨物距的變化而變化)，紫外紅外鏡頭(針對(duì)可見(jiàn)光范圍內(nèi)的應(yīng)用設(shè)計(jì))。

　　三、相機(jī)選型

　　數(shù)碼相機(jī)是通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)將影像聚焦到成像元件CCD/CMOS上，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將每個(gè)像素上的光電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)碼信號(hào)，再經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器DSP處理成數(shù)碼圖像，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)中。CCD工藝難度和成本都比CMOS高，但其有更好的色彩表現(xiàn)力和畫(huà)面寬容度，而CMOS則更長(zhǎng)的壽命，連拍響應(yīng)速度及更低的耗電量。

　　3.1傳感器尺寸

　　一般用光導(dǎo)攝像管的直徑尺寸來(lái)表示具有不同感光面積的型號(hào)，但傳感器上的光導(dǎo)攝像管面積!=成像靶面面積，其并沒(méi)有固定的換算公式。

      典型傳感器尺寸

　　3.2其他參數(shù)

　　幀速是指視頻畫(huà)面每秒鐘傳播的幀數(shù)，用來(lái)衡量視頻信號(hào)的傳輸速度。像素深度是指儲(chǔ)存每個(gè)像素所用的位數(shù)，一般情況下常用的是8bit，工業(yè)數(shù)字相機(jī)一般還會(huì)用10bit，12bit。

　　3.3線陣相機(jī)

　　線陣相機(jī)的傳感器只有一行感光元素，所以線陣相機(jī)一般能夠擁有非常高的掃描率與分辨率。線陣相機(jī)在日常生活中的應(yīng)用率也是十分廣泛的，廣泛運(yùn)用于金屬、塑料和纖維產(chǎn)業(yè)。利用線陣相機(jī)檢測(cè)的物體通常都是勻速形式的，能夠?qū)呙璧降膱D形進(jìn)行一一處理。

　　3.4面陣相機(jī)

　　面陣相機(jī)是一款以面為單位來(lái)進(jìn)行圖像采集的成像工具，可以一次性獲取完整的目標(biāo)圖像，具有測(cè)量圖像直觀的優(yōu)勢(shì)，可運(yùn)用在在測(cè)量目標(biāo)物體的形狀、尺寸。因?yàn)槟茉诙虝r(shí)間內(nèi)曝光，拍動(dòng)態(tài)的物體能夠早短時(shí)間內(nèi)成像，拍攝出來(lái)的效果感覺(jué)就是靜態(tài)的。所以也比較使用運(yùn)用在一些物體高速運(yùn)轉(zhuǎn)的行業(yè)中。