一個典型的機器視覺系統(tǒng)主要包括五大模塊，分別是照明、鏡頭、相機、圖像采集和視覺處理器。

下面，我們就來認識一下這五個結(jié)構(gòu)的用途、特點與工作情況。

光源

光源是影響機器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素，它直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和應(yīng)用效果。

照明系統(tǒng)可以將被測物特征最大化，并減少相應(yīng)的背景中對比物的影響，使高速相機可以清晰地“看見”被測物。

高對比的圖像可以降低系統(tǒng)難度并提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性;反之，低對比的圖像會增加系統(tǒng)的處理時間并使加大系統(tǒng)的復(fù)雜度。

機器視覺應(yīng)用的成功很大一部分取決于照明設(shè)置，一個合適的照明系統(tǒng)可以使整個視覺檢測系統(tǒng)更具有效率和準(zhǔn)確性。

由于沒有通用的機器視覺照明設(shè)備，所以針對每個特定的應(yīng)用實例，要選擇相應(yīng)的照明裝置，以達到最佳效果。

光源可分為可見光和不可見光。常用的幾種可見光源是白熾燈、日光燈、水銀燈和鈉光燈。

可見光的缺點是光能不能保持穩(wěn)定。如何使光能在一定的程度上保持穩(wěn)定，是實用化過程中急需要解決的問題。

另一方面，環(huán)境光有可能影響圖像的質(zhì)量，所以可采用加防護屏的方法來減少環(huán)境光的影響。

照明系統(tǒng)按其照射方法可分為：背向照明、前向照明、結(jié)構(gòu)光和頻閃光照明等。

其中，背向照明是被測物放在光源和攝像機之間，它的優(yōu)點是能獲得高對比度的圖像。

前向照明是光源和攝像機位于被測物的同側(cè)，這種方式便于安裝。

結(jié)構(gòu)光照明是將光柵或線光源等投射到被測物上，根據(jù)它們產(chǎn)生的畸變，解調(diào)出被測物的三維信息。

頻閃光照明是將高頻率的光脈沖照射到物體上，攝像機拍攝要求與光源同步。

機器視覺照明要點有使用強光檢測缺失的材料、使用合適的波長進行精確定位、使用非散射照明檢測玻璃裂縫、使用擴散光檢查透明包裝、使用顏色來創(chuàng)建對比度等。

鏡頭

相機鏡頭由多個透鏡、可變(亮度)光圈和對焦環(huán)組成。使用時由操作者觀察相機顯示屏來調(diào)整可變光圈和焦點，以確保圖像的明亮程度及清晰度。

在選擇鏡頭時需要考慮多個方面的因素如焦距、目標(biāo)高度、影像高度、放大倍數(shù)、影像至目標(biāo)的距離等。

在實際應(yīng)用中“選擇與視場相符的透鏡”及“以大景深聚焦圖像”是選擇鏡頭時非常重要的兩個方面。

相機

機器視覺相機的目的是將通過鏡頭投影到傳感器的圖像傳送到能夠儲存、分析和(或者)顯示的機器設(shè)備上。

按照不同標(biāo)準(zhǔn)可分為不通類型的相機。

按照芯片類型可以分為CCD相機、CMOS相機;按照傳感器的結(jié)構(gòu)特性可以分為線陣相機、面陣相機;按照掃描方式可以分為隔行掃描相機、逐行掃描相機;按照分辨率大小可以分為普通分辨率相機、高分辨率相機;按照輸出信號方式可以分為模擬相機、數(shù)字相機;按照輸出色彩可以分為單色(黑白)相機、彩色相機;按照輸出信號速度可以分為普通速度相機、高速相機;按照響應(yīng)頻率范圍可以分為可見光(普通)相機、紅外相機、紫外相機等。

CCD和CMOS是現(xiàn)在普遍采用的兩種圖像工藝技術(shù)，它們之間的主要差異在于傳送方式的不同。

主要的性能區(qū)別有噪聲差異、耗電量差異、分辨率差異、靈敏度差異、成本差異等多種不同。

選擇相機首先要明確自己的需求，第一、要先確定檢測產(chǎn)品的精度要求。第二、要確定相機要看的視野大小。第三、要確定檢測物體的速度。第四、要確定是動態(tài)檢測還是靜態(tài)檢測。

明確需求后要確定硬件類型，主要有相面像素大小的確定、相機傳輸方式的確定和相機的觸發(fā)方式的選擇。

圖像采集

圖像采集卡對于工業(yè)和科研應(yīng)用，其目標(biāo)是從初始的視頻信號獲取一幅精確的數(shù)字圖像。

機器視覺檢測設(shè)備上的圖像采集卡主要是由視頻輸入、A/D轉(zhuǎn)換、時序及采集控制、圖像處理、總線接口及控制、輸出及控制等幾大模塊構(gòu)成。

圖像采集卡只是完整的機器視覺系統(tǒng)的一個部件，但是它扮演一個非常重要的角色。

圖像采集卡直接決定了攝像頭的接口：黑白、彩色、模擬、數(shù)字等等。