機(jī)器視覺的硬件組成有哪些？

機(jī)器視覺是人工智能正在快速發(fā)展的一個(gè)分支。簡單說來，機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來做測量和判斷。機(jī)器視覺系統(tǒng)是通過機(jī)器視覺產(chǎn)品(即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種)將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，得到被攝目標(biāo)的形態(tài)信息，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào);圖像系統(tǒng)對這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動(dòng)作。

隨著工業(yè)4.0在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，生產(chǎn)中的供應(yīng)、制造、銷售信息的數(shù)據(jù)化、智能化，最終達(dá)到快速、高效、個(gè)性化的產(chǎn)品供應(yīng)。 工業(yè)4.0系統(tǒng)適用于智能生產(chǎn)技術(shù)和工業(yè)制造，不是簡單的生產(chǎn)過程，而是產(chǎn)品和機(jī)器的溝通。

機(jī)器視覺是一項(xiàng)綜合技術(shù)，包括圖像處理、機(jī)械工程技術(shù)、控制、電光源照明、光學(xué)成像、傳感器、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)(圖像增強(qiáng)和分析算法、圖像卡、I/O卡等)。

一個(gè)典型的機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)包括圖像捕捉、光源系統(tǒng)、圖像數(shù)字化模塊、數(shù)字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊和機(jī)械控制執(zhí)行模塊。

機(jī)器視覺檢測設(shè)備是近年來發(fā)展起來的可以代替人眼檢測產(chǎn)品相關(guān)部分的機(jī)器。 應(yīng)用廣泛的話，就會(huì)有產(chǎn)品的表面缺陷檢測，機(jī)器視覺檢測設(shè)備系統(tǒng)附件是由哪些部分組成的?

機(jī)器視覺檢測設(shè)備系統(tǒng)附件組件：

1、工業(yè)相機(jī)： CMOS相機(jī)、CCD彩色相機(jī)、面陣相機(jī)、CAMERA-LINK相機(jī)、線陣相機(jī)、紅外相機(jī)、高速相機(jī)、1394接口相機(jī);

智能相機(jī)(Smart Camera)是一種高度集成化的微小型機(jī)器視覺系統(tǒng)。它將圖像的采集、處理與通信功能集成于單一相機(jī)內(nèi)，從而提供了具有多功能、模塊化、高可靠性、易于實(shí)現(xiàn)的機(jī)器視覺系統(tǒng)。同時(shí)，由于應(yīng)用了最新的DSP/GPU、FPGA及大容量存儲(chǔ)技術(shù)，其智能化程度不斷提高，可滿足多種機(jī)器視覺的應(yīng)用需求。

CCD相機(jī)能提供很好的圖像質(zhì)量、抗噪能力，盡管由于增加了外部電路使得系統(tǒng)的尺寸變大，復(fù)制下提高，但在電路設(shè)計(jì)師可更加靈活，更好的提升CCD相機(jī)某些特別關(guān)注的性能。CCD更適合于對相機(jī)性能要求非常高而對成本控制不太嚴(yán)格的應(yīng)用領(lǐng)域，如天文、高清晰的醫(yī)療X光影像、其他需要長時(shí)間曝光，對圖像噪聲要求比較嚴(yán)格的應(yīng)用場合。

CCD相機(jī)的工作原理∶被測物的圖像經(jīng)過光學(xué)鏡頭聚焦至CCD芯片上;時(shí)序產(chǎn)生電路模塊提供水平驅(qū)動(dòng)脈沖，幫助CCD芯片完成光電荷的轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移和讀取，并將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出;信號(hào)處理電路模塊接收來自CCD芯片的電信號(hào)，并對脈沖進(jìn)行采集、保持，以及自動(dòng)增益控制、視頻信號(hào)合成等預(yù)處理，將CCD芯片輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為需要的視頻格式，即視頻輸出。而機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)采用CCD照相機(jī)將被檢測的目標(biāo)對象轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)，圖像處理系統(tǒng)對這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，如面積、數(shù)量、位置、長度，再根據(jù)預(yù)設(shè)的允許度和其他條件輸出結(jié)果，包括尺寸、角度、個(gè)數(shù)、合格/不合格、有/無等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別判斷功能。

面陣相機(jī)：實(shí)現(xiàn)的是像素矩陣拍攝。相機(jī)拍攝圖像中，表現(xiàn)圖像細(xì)節(jié)不是由像素多少?zèng)Q定的，是由分辨率決定的。分辨率是由選擇的鏡頭焦距決定的，同一種相機(jī)，選用不同焦距的鏡頭，分辨率就不同。?像素的多少不決定圖像的分辨率(清晰度)，那么大像素相機(jī)有何好處呢?答案只有一個(gè)：減少拍攝次數(shù)，提高測試速度。

線陣相機(jī)：顧名思義是呈“線”狀的。雖然也是二維圖像，但極長。幾K的長度，而寬度卻只有幾個(gè)象素的而已。一般上只在兩種情況下使用這種相機(jī)：一、被測視野為細(xì)長的帶狀，多用于滾筒上檢測的問題。

2、相機(jī)接口

CameraLink 接口：專為機(jī)器視覺的高端應(yīng)用設(shè)計(jì)，高速度，高分辨率，抗噪性好。

IEEE 1394(FireWire)接口：即插即用串行接口，可同時(shí)支持63個(gè)像機(jī)，每個(gè)相距4.5米，最遠(yuǎn)可達(dá)72米。支持800Mbits/s甚至3200Mbits/s的傳輸速度。

USB 接口：是一種應(yīng)用非常普遍的串型接口 。傳輸速率可達(dá)480Mbits/s，可供多達(dá)127個(gè)設(shè)備同時(shí)使用。

Gigabit Ethernet 接口：基于網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)議Ethernet，即插即用 ，數(shù)據(jù)連續(xù)高速傳輸。

3、鏡頭

相機(jī)與鏡頭一般是配套的，鏡頭的選型主要考慮呈像的視距，鏡頭選型步驟：

1)計(jì)算短邊對應(yīng)的像素?cái)?shù)E=B/C，相機(jī)長邊和短邊的像素?cái)?shù)都要大于E;

2)像元尺寸=產(chǎn)品短邊尺寸B/所選相機(jī)的短邊像素?cái)?shù)

3)放大倍率=所選相機(jī)芯片短片尺寸/相機(jī)短邊的視野范圍

4)可分辨的產(chǎn)品精度=像元尺寸/放大倍率(判斷是否小于C)

5)物鏡的焦距=工作距離/(1+1/放大倍率)單位：mm

6)像面的分辨率要大于1/(2×0.1×放大倍率)單位：lp/mm

選擇的鏡頭的支持CCD尺寸要大于等于相機(jī)CCD傳感器芯片的尺寸，另外安裝座是C、CS或F型接口也要匹配，同時(shí)考慮鏡頭的工作距離，是否留有足夠空間等。如果對鏡頭的選擇還是拿不準(zhǔn)的話，可以咨詢廠家的技術(shù)支持，讓廠家根據(jù)你的應(yīng)用場景推薦合適的鏡頭即可。

4. 圖像采集卡

圖像采集卡雖然只是完整機(jī)器視覺系統(tǒng)的一個(gè)部件，但它同樣非常重要，直接決定了攝像頭的接口：黑白、彩色、模擬、數(shù)字等。比較典型的有PCI采集卡、1394采集卡、VGA采集卡和GigE千兆網(wǎng)采集卡。這些采集卡中有的內(nèi)置多路開關(guān)，可以連接多個(gè)攝像機(jī)，同時(shí)抓拍多路信息。

5. 機(jī)器視覺軟件

機(jī)器視覺軟件是機(jī)器視覺系統(tǒng)中自動(dòng)化處理的關(guān)鍵部件，根據(jù)具體應(yīng)用需求，對軟件包進(jìn)行二次開發(fā)，可自動(dòng)完成對圖像采集、顯示、存儲(chǔ)和處理。在選購機(jī)器視覺軟件時(shí)，一定要注意開發(fā)硬件環(huán)境、開發(fā)操作系統(tǒng)、開發(fā)語言等，確保軟件運(yùn)行穩(wěn)定，方便二次開發(fā)。

6、光源： led光源、氙氣照明系統(tǒng)、紫外線照明系統(tǒng)、紅外光源、光纖照明系統(tǒng)、熒光照明系統(tǒng)。

光源作為機(jī)器視覺系統(tǒng)輸入的重要部件，它的好壞直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和應(yīng)用效果。由于沒有通用的機(jī)器視覺光源設(shè)備，所以針對每個(gè)特定的應(yīng)用實(shí)例，要選擇相應(yīng)的視覺光源，以達(dá)到最佳效果。常見的光源有：LED環(huán)形光源、低角度光源、背光源、條形光源、同軸光源、冷光源、點(diǎn)光源、線型光源、平行光源等。