【馬克拉伯每日分享】機器視覺系統構建
機器視覺系統的組成
•影象獲取：光源、鏡頭、相機、採集卡、機械平臺
•影象處理與分析：工控主機、影象處理分析軟體、圖形互動介面。
•判決執行：電傳單元、機械單元
光源---光路原理
照相機並不能看見物體，而是看見從物體表面反射過來的光。
鏡面反射：平滑表面以對頂角反射光線
漫射反射：粗糙表面會從各個方向漫射光線
發散反射：多數表面既有紋理，又有平滑表面，會對光線進行發散反射
•光源---作用和要求
在機器視覺中的作用
照亮目標，提高亮度
形成有利於影象處理的效果
克服環境光照影響，保證影象穩定性
用作測量的工具或參照
良好的光場設計要求
對比度明顯，目標與背景的邊界清晰
背景儘量淡化而且均勻，不干擾影象處理
與顏色有關的還需要顏色真實，亮度適中，不過曝或欠曝；
•光源---光場構造
明場：光線反射進入照相機
暗場：光線反射離開照相機
•相機
種類：線&面、隔/逐、黑/彩、數/模、低/高、CCD/CMOS
指標：象元尺寸、解析度、靶面大小、感應曲線、動態範圍、靈敏度、速度噪聲、填充因子、體積、質量、工作環境等
工作模式：Free run、Trigger（多種）、長時間曝光等
傳輸方式：GIGE，Cameralinker，模擬
•相機--按照影象感測器區分
CCD相機：使用CCD感光晶片為影象感測器的相機，集光電轉換及電荷存貯、電荷轉移、訊號讀取於一體，是典型的固體成像器件。
CMOS相機：使用CMOS感光晶片為影象感測器的相機 ，將光敏元陣列、影象訊號放大器、訊號讀取電路、模數轉換電路、影象訊號處理器及控制器整合在一塊晶片上，還具有區域性畫素的程式設計隨機訪問的優點。
•相機--按照輸出影象顏色區分
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單色相機：輸出影象為單色影象的相機。
彩色相機：輸出影象為彩色影象的相機。
•相機--按輸出訊號區分
模擬訊號相機：從感測器中傳出的訊號，被轉換成模擬電壓訊號，即普通影片訊號後再傳到影象採集卡中。
數字訊號相機：訊號自感測器中的畫素輸出後，在相機內部直接數字化並輸出。數字相機又包含1394相機、USB相機、Gige相機、CameraLink相機等
•相機--按照感測器型別區分
面掃描相機：感測器上畫素呈面狀分佈的相機，其所成影象為二維“面”影象。
線掃描相機：感測器上呈線狀（一行或三行）分佈的相機，其所成影象為一維“線”影象
•相機--CMOS VS CCD
CCD
CMOS
序列處理
並行處理
光線靈敏度高，影象對比度高
光線靈敏度低，影象對比度低，高動態範圍
低噪聲
存在固定模式噪音
整合度較低
高整合度，晶片上集成了很多功能
取圖速度慢，幀率低
取圖速度塊，幀率高
功耗一般
功耗較低
成本較高
成本低
•相機--感測器的尺寸
影象感測器感光區域的面積大小。這個尺寸直接決定了整個系統的物理放大率。如：1/3“、1/2”等。絕大多數模擬相機的感測器的長寬比例是4：3 （H：V），數字相機的長寬比例則包括多種：1：1，4：3，3：2 等。
•相機--畫素
是成像於相機晶片的影象的最小組成單位。以200萬畫素的相機為例，滿屏有1600*1200個畫素，成像於1/1。8英寸大小的CCD晶片
•相機--解析度
由相機所採用的晶片解析度決定，是晶片靶面排列的像元數量。通常面陣相機的解析度用水平和垂直解析度兩個數字表示，如：1920（H）x 1080（V），前面的數字表示每行的像元數量，即共有1920個像元，後面的數字表示像元的行數，即1080行。
•相機--幀率和行頻
由相機的幀率/行頻表示相機採集影象的頻率，通常面陣相機用幀率表示，單位fps（Frame Per second），如30fps，表示相機在1秒鐘內最多能採集30幀影象；線性相機通常用行頻表示，單位KHz，如12KHz表示相機在1秒鐘內最多能採集12000行影象資料。
•相機--快門速度（Shutter Speed）
CCD/CMOS相機多數採用電子快門，透過電訊號脈衝的寬度來控制感測器的光積分（曝光）時間。對於一般效能的的相機快門速度可以達到1/10000-1/100000秒。
捲簾快門（Rolling Shutter）：多數CMOS影象感測器上使用的快門，其特徵是逐行曝光，每一行的曝光時間不一致。
全域性快門（Global Shutter）：CCD感測器和極少數CMOS感測器採用的快門，感測器上所有畫素同時刻曝光。
•相機--智慧相機
智慧工業相機是一種高度整合化的微小型機器視覺系統。它將影象的採集、處理與通訊功能集成於單一相機內，從而提供了具有多功能、模組化、高可靠性、易於實現的機器視覺解決方案。智慧工業相機一般由影象採集單元、影象處理單元、影象處理軟體、網路通訊裝置等構成。由於應用了最新的 DSP、FPGA及大容量儲存技術，其智慧化程度不斷提高，可滿足多種機器視覺的應用需求。
•鏡頭---主要引數
工業的鏡頭大都是多組鏡片組合在一起的。計算時會忽略厚度對透鏡的影響將其等效成沒有厚度的播透鏡模型，即理想凸透鏡。
引數：焦距/視場/物距/像距/光圈/景深/分辨力/放大倍數/畸變/介面
解析度：對色彩和紋理的分辨能力。
畸變：鏡頭中心區域和四周區域的放大倍數不相同。畸變的校正一般用黑白分明的方格影象來進行，過程並不複雜。一般如果畸變小於2%，人眼觀察不到；若畸變小於CCD的一個畫素，攝像機也看不見。
•鏡頭---分類
CCTV鏡頭
專業攝影鏡頭
遠心鏡頭
•鏡頭---遠心鏡頭
在測量系統中，物距常發生變化，從而使像高發生變化，所以測得的物體尺寸也發生變化，即產生了測量誤差；即使物距是固定的，也會因為CCD敏感表面不易精確調整在像平面上，同樣也會產生測量誤差。採用遠心物鏡中的像方遠心物鏡可以消除物距變化帶來的測量誤差，而物方遠心物鏡則可以消除CCD位置不準帶來的測量誤差。
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