2020-10-05

如何進行機器視覺系統的選型？

1.什么是機器視覺？
機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷，機器視覺系統是通過機器視覺產品(即影像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種)將被攝取目標轉換成影像信號，傳送給專用的影像處理系統，得到被攝目標的形態資訊，根據像素分布和亮度、顏色等資訊，轉變成數字化信號;影像系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據判別的結果來控制現場的設備動作，
2.機器視覺的特點?
1） 重復性
機器可以以相同的方法一次一次的完成檢測作業而不會感到疲倦，與此相反，
人眼每次檢測產品時都會有細微的不同，即使產品時完全相同的，
2） 精確性
由于人眼有物理條件的限制，在精確性上機器有明顯的優點，即使人眼依靠
放大鏡或顯微鏡來檢測產品，機器仍然會更加精確，因為它的精度能夠達到千分之一英寸，速度機器能夠更快的檢測產品，特別是當檢測高速運動的物體時，比如說生產線上，機器能夠提高生產效率，
3） 客觀性
人眼檢測還有一個致命的缺陷，就是情緒帶來的主觀性，檢測結果會隨工人
心情的好壞產生變化，而機器沒有喜怒哀樂，檢測的結果自然非常可觀可靠，
4） 成本效率高
由于機器比人快，一臺自動檢測機器能夠承擔好幾個人的任務，而且機器不
需要停頓、不會生病、能夠連續作業，所以能夠極大的提高生產效率，
5） 靈活性
機器視覺系統能夠進行各種不同的測量，
3.機器視覺系統組成
機器視覺系統主要由以下三部分組成：
1） 影像采集單元；
2） 影像處理單元；
3） 影像處理輸出單元，
4. 機器視覺系統硬體組成
1）鏡頭
機器視覺系統獲取影像的視窗，
2）光源
光源是影響機器視覺系統輸入的重要因素，因為它直接影響輸入資料的質量，實際應用中其作用占到整個檢測作業80%的應用效果，
3）相機主體 – 機器視覺
機器視覺系統的核心部分，完成視覺檢測的影像采集和影像處理以及輸出，
5. 機器視覺產品的分類
1）基于PC的板卡式（PC-based）視覺系統
基于PC的視覺系統利用了PC的開放性、高度靈活編程性以及良好的windows界面，同時系統總體成本較低，PC-Based系統內含高性能影像捕獲卡，一般可接多個鏡頭，并提供庫函式支持，
2）嵌入式，智能相機（SmartCamera）
智能相機是一種高度微型化的微小型機器視覺系統，它將影像采集、處理和通信功能集成于單一相機內，從而提供了具有多功能、模塊化、高可靠性、易于實作的機器視覺解決方案，
智能相機分類：
1） 獨立式
2） 智能式
因此，如下三種型別的機器視覺產品構成了視覺的主體：
1） 獨立式(Stand-alone)
2） 智能式(Smart-Camera)
3） 板卡式（PC-BASE）
5. 獨立式(Stand-alone) 智能相機
市場上獨立式機器視覺產品主要以日系廠商為主，其代表廠商有：
1） 基恩士（KEYENCE）：CV-3000,XG-7000等;
2） 歐姆龍（OMRON）：FZ3,ZFX等;
3） 松下（Panasonic）：A210,PV200等，
6. 智能式(Smart-Camera) 智能相機
市場上智能式機器視覺產品主要以歐美廠商為主，其代表廠商有：
1） 康耐視（CONGEX）：IN-SIGHT等；
2） DALSL:BOA等；
3） 邦納（BANNER）:P4系列，
7.鏡頭種類
1）CCTV鏡頭
CCTV鏡頭應用于閉路電視（Closed Circuit TV）中，主要應用在FA領域的檢測和防盜、防災領域監視等用途，由于鏡片的數量較少，結構比較簡單，因此體積較小并且成本較低，
一般來說，其特征為無論焦物距為多少，都可以進行均衡的象差校正，
比如：一般的CCTV鏡頭CV-L系列，與低失真鏡頭CA-LHR系列，兩者不同在于：KEYENCE的影像處理用鏡頭在內部使用8塊低色散鏡片，與一般的CCTV鏡頭相比，它進行了特殊的光學設計，可以將歪斜和色差控制在最小范圍內，
3） 遠心鏡頭
遠心鏡頭是一種通過排列使得主光線通過焦點的鏡頭，設計時使其在視覺接
近00 的狀態下進行，也就是說主光線相對于鏡頭光軸將平行進行，由于與光軸平行，因此很難發生扭曲像差（失真），可以高精度的捕捉拍攝物件的尺寸和位置，在影像處理時需要高倍率低失真，景深深時，遠心鏡頭將發揮其真正的價值，
遠心鏡頭效果
原來的影像清晰，如果CCD、工件之間距離變動3mm時，遠心鏡頭對焦狀態下拍攝物件尺寸不會發生變化，一般的CCTV鏡頭，對焦模糊，拍攝物件尺寸會發生變化，
8. 板卡式（PC-BASE）
市場上板卡式機器視覺產品多以出售軟體為主，以國產居多，其代表廠商有：
1）北京大恒影像；
2）凌云光子；
3）康耐視（CONGEX），
9.鏡頭的特性
FA行業的影像處理一般將拍攝物件到鏡頭的距離稱為WD（作業距離），將拍攝范圍稱為視野，視野由鏡頭的種類和WD、CCD的英尺尺寸來決定，
1）作業距離（WD）
表示焦點對準拍攝物件時，鏡頭頂端到拍攝物件的距離，當為CCD時，比例公式作業距離 ：視野 = 焦點距離 ：CCD尺寸 成立，
2）焦點距離
FA鏡頭中有代表性的鏡頭為焦點距離為8mm/16mm/25mm/50mm等規格的鏡頭，根據想要拍攝的物件所需的視野和焦點距離，可以求出對焦位置 = WD（作業距離），WD和視野的大小由鏡頭的焦點距離和CCD的尺寸來決定，在無需連接環的最近距離上，可以套用以下公式: WD ：視野 = 焦點距離 ：CCD尺寸
3）視野
作業距離范圍中的拍攝范圍，一般來說，拍攝物件和鏡頭的作業距離越長，則視野越廣（視野角），另外，視野的廣度由鏡頭的焦點距離來決定，將相對于視野，使用鏡頭可以拍攝的范圍角度稱為視角或者視野角，鏡頭的焦點距離越短，則視角越大，視野也就越廣，相反，焦點距離越長，則可以放大遠處的拍攝物件，
4） 景深
景深是指人感覺鏡頭對焦的深度范圍（拍攝物體側的距離），范圍較大時，稱
為景深深，相反范圍較小時，稱為景深淺，嚴謹來說，對焦位置只有一個，只不過肉眼在一定的范圍內感覺影像能夠清晰成像，將此范圍稱為景深，
5） 鏡頭的解析度
鏡頭的解析度不光使用在影像處理中，它是指所有光學測驗儀器中使用的鏡
頭可以觀察的最小間隔，如解析度為10um的鏡頭，可以清晰的觀察線寬為10um、間距為10um并列條紋線，解析度不足時，人們感覺2根線好像重疊在一起，因此不適用于精度要求較高的檢測，鏡頭的解析度可以用瑞利極限公式來表示，
想要提高解析度，則增大物件鏡頭的開口數（N.A.）是十分重要的，
6） 鏡頭的倍率
鏡頭的倍率是指檢測物件的實際大小與通過光學測量儀器成像大小的比率，
以往在通過顯微鏡的接眼部觀察時，使用光學倍率概念，但是由于今年來可以將觀察物件物顯示在液晶顯示幕上的系統不斷增多，顯示幕倍率這一概念已經普及，
光學倍率
用數碼相機的原理考慮時，光學倍率可以通過（CCD有效像素大小 / 視野）來求得，
顯示幕倍率
顯示幕倍率可以通過（顯示幕對角 / CCD素子對角 *光學倍率））
7） F值
F值（或者光圈值）是指表示鏡頭的明亮度的基準，準確來說，就是鏡頭的焦
點距離除以鏡頭直徑得到的值，
F = f / D
F: F值；
f: 鏡頭的焦點距離;
D: 鏡頭直徑
事實上，鏡頭并不會讓所有光線透過，其中的一部分會反射，而且，為了減
少像素差使用多個鏡頭時，透過的光量會變少，因此，光的透過量較多，可以獲得明亮成像的鏡頭，稱為亮，相反，稱為暗，可以大大影響鏡頭明暗的要素之一，就是鏡頭的焦點距離和直徑的關系，也即F值，這個值較小的鏡頭稱為亮鏡頭，較大的鏡頭稱為暗鏡頭，一般小型相機都會在鏡頭旁刻上（F = 2.5）(1:2.5)的標記，這就表示F值為2.5，在相機鏡頭的性能上，如果F值達到2.0左右，則表示這個相機的明亮登記非常高，
8） 像素
像素是指影像的最小構成單位，電腦中的影像，是通過像素這一規則排列的
點的集合進行表示的，每一個點都擁有色調和階調等色彩資訊，由此就可以描繪出彩色的影像，
例如：顯示幕上顯示解析度為1280 * 1024，表示橫向的像素數為1280，縱向的像素數為1024，總像素數為1280 * 1024 = 1310720.像素數越多，則越可以表現出影像的細節，因此也可以說清晰度更高，
9）像素直徑
像素直徑是指每個CCD元件的大小，通常使用um作為單位，嚴謹來說，這個大小中包含了受光元件與信號傳送通路，也就是說，像素直徑與像素間距的值是一樣的，如果像素直徑較小，則影像將通過較小的像素進行描繪，因此可以獲得更加精細的影像，可以通過像素直徑和有效像素數，求出CCD元件的受光部的大小，
例如：假設某個CCD元件的條件如下：
有效像素數 ： 768 * 484
像素直徑：8.4um * 9.8um
受光部的大小：
橫向：768 * 8.4um = 6.4512mm
縱向：484 * 9.8um = 4.7432mm
10. CCD與CMOS區別
CCD與CMOS都稱為感光元件，都是講光學影像轉換為電子信號的半導體元件，他們在檢測光時都采用光電二極管，但是在信號的讀取和制造方法上存在不同，區別如下：
CCD CMOS
制造技術 比較困難 比較容易
制造成本 高價 低價
消耗電力 多 少
干擾 比較少 比較多
對光的靈敏度 高 不如CCD
11.快門速度
表示CCD或CMOS感光元件中蓄積電荷的時間，如果快門速度為1/250，則蓄積光的時間為1/250秒，快門速度越快，則元件的受光量越少，相反，如果快門速度越慢，則元件的受光量越多，也可以說，快門速度將起到了調整光量的作用，關于快門速度和受光量（正確來說應該成為蓄積的電荷量），存在以下的關系：
例如：如果將快門速度基準定位1/1000秒（1ms），則：
快門速度變為1/500秒（2ms），則受光量變為2倍，
快門速度變為1/2000秒（0.5ms），則受光量變為1/2，
12.增益
增益是指將影像信號進行電子增幅的程序，
用于影像處理的CCD中，配備了可以通過在暗處拍攝時增幅信號，從而看上去變得明亮的功能，另外，還配有根據拍攝物件的亮度自動進行調整的增益控制功能等，