機器視覺含有哪些硬體？

隨著各行各業對採用影像和機器視覺技術的工業自動化、智慧需求開始廣泛出現，機器視覺逐步開始了工業現場的應用。

在政府的利好驅動下，國內機器視覺產業快速發展，中國正成為世界機器視覺發展最活躍的地區之一。預計2025年我國機器視覺市場規模將達246億元。下面來深入了解機器視覺。

機器視覺是一項綜合技術，包括影像處理、機械工程技術、控制、電光源照明、光學成像、感測器、類比與數位視訊技術、電腦軟硬體技術(影像增強和分析演算法、影像卡、I/O卡等)。

一個典型的機器視覺應用系統包括影像捕捉、光源系統、影像數位化模組、數位影像處理模組、智慧判斷決策模組和機械控制執行模組。

總的來說，機器視覺就是一個軟硬體結合的綜合技術，需要軟體對影像做處理，也需要硬體提供穩定且高品質的影像，兩者同樣重要。作為開發，軟體模組比較熟悉，硬體系統的相關知識儲備弱一些，本文對機器視覺中的硬體相關資源做個簡單的匯總，有興趣的朋友不妨參考看看。

內容摘要：

1、工控機

工控機可以理解為PC主機，只是這個主機在影像擷取與處理以及相關的控制和介面做得更強一些。在機器視覺系統中，工控機的表現直接影響整個視覺系統的處理速度和運作時間，是整個視覺系統的關鍵。工控機的選擇需要從以下4個方面來考慮：

1）尺寸

2）安裝方式

3）配置

#---- --根據自己的應用場合選擇合適的配置即可。

4）介面

-------很重要，確定視覺系統中攝影機的數量、光源控制器和連接方式。如係統有8個攝像頭，4個光源需要控制，攝像頭透過網路線連接，光源控制器是232接口，如此可以確定工控機的網路介面、串口數量。

2、相機

2.1相機類型

#點陣相機/面陣相機

面陣相機：實現的是像素矩陣拍攝。相機拍攝影像中，表現影像細節不是由像素多少決定的，是由解析度決定的。解析度是由選擇的鏡頭焦距決定的，同一種相機，選用不同焦距的鏡頭，解析度就不同。 像素的多少不決定影像的解析度（清晰度），那麼大像素相機有何好處呢？答案只有一個：減少拍攝次數，提高測試速度。

線陣相機：顧名思義是呈現「線」狀的。雖然也是二維影像，但極長。幾K的長度，而寬度卻只有幾個像素的而已。一般只在兩種情況下使用這種相機：一、被測視野為細長的帶狀，多用於滾筒上偵測的問題。

二、需要極大的視野或極高的精度。在第二種情況下（需要極大的視野或極高的精度），就需要用激發裝置多次激發相機，進行多次拍照，再將所拍下的多幅「條」形圖象，合併成一張巨大的圖。

因此，用線陣型相機，必須使用可以支援線陣型相機的擷取卡。線陣型相機價格貴，而且在大的視野或高的精度檢測情況下，其檢測速度也慢——一般相機的圖像是 400K～1M，而合併後的圖像有幾個M這麼大，速度自然就慢了。慢功出細活嘛。由於以上這兩個原因，線陣相機只用在極特殊的情況下。

CCD相機/CMOS相機

CCD相機能提供很好的影像品質、抗噪能力，儘管由於增加了外部電路使得系統的尺寸變大，複製下提高，但在電路設計師可更加靈活，更好的提升CCD相機某些特別關注的性能。 CCD更適合對相機性能要求非常高而對成本控制不太嚴格的應用領域，如天文、高清晰的醫療X光影像、其他需要長時間曝光，對影像雜訊要求比較嚴格的應用場合。

CMOS相機具有成品率高、整合度高、功耗小、價格低等優點。但本身影像的雜訊比較多。目前的CMOS技術不斷發展，已經克服了早期的許多缺點，發展到了影像品質方面可以與CCD技術相較量的水平。

CMOS適用於要求空間小、體積小、功耗低而對影像雜訊和品質要求不是特別高的場合。如大部分輔助光照明的工業檢測應用、安防保全應用、和大部分消費性商業數位相機。目前CCD工業相機仍在視覺偵測方案中佔據主導地位。

2.2解析度

相機每次擷取影像的像素點數，一般對應於光電感測器靶面排列的像元數。解析度的選擇還需要根據使用場景和精度需求來定，不是越高越好。

2.3像素深度

每位像素資料的位數，常見的是8bit，10bit，12bit。解析度和像素深度共同決定了影像的大小。例如像素深度為8bit的500萬像素，則整張圖片應該有500萬*8/1024/1024=37M（1024Byte=1KB，1024KB=1M）。增加像素深度可以增強測量的精度，但同時也降低了系統的速度，並且提高了系統整合的難度（線纜增加，尺寸變大等）。

2.4幀率

相機擷取與傳輸影像的速度，對於面陣相機一般為每秒擷取的幀數（Frames/Sec），對於線陣相機為每秒擷取的行數（HZ），幀率的選擇需要考慮拍攝動態的場景。

2.5曝光

工業線陣相機都是逐行曝光的方式，可以選擇固定行頻和外部觸發同步的方式，曝光時間可以與行週期一致，也可以設定一個固定的時間；面陣相機有幀曝光、場曝光和滾動曝光幾種常見方式，工業數位相機一般都提供外觸發採圖的功能，快門速度一般可到10ms，高速相機還會更快。

2.6雜訊

雜訊是指成像過程中不希望被擷取到的，實際成像目標以外的訊號。整體上分為兩類，一類是由有效訊號帶來的散粒噪聲，這種噪聲對任何相機都存在；另一類是相機本身固有的與訊號無關的噪聲。它是由於影像感測器讀出電路、相機訊號處理與放大電路帶來的固有噪聲，每台相機的固有噪聲都不一樣。

2.7開發介面

對於利用相機做視覺專案的開發，對相機的控制（拍照，攝像，保存，設定參數等）是必不可少的，一般廠商會提供控制Demo，開發時需要將控制功能應用到我們的專案中。

3、鏡頭

相機與鏡頭一般是搭配的，鏡頭的選型主要考慮呈現影像的視距，鏡頭選型步驟：

1）計算短邊對應的像素數E=B/C，相機長邊和短邊的像素數都要大於E;

2）像元尺寸=產品短邊尺寸B/所選相機的短邊像素數

3）放大倍率=所選相機晶片短片尺寸/相機短邊的視野範圍

4）可分辨的產品精度=像元尺寸/放大倍率(判斷是否小於C )

5）物鏡的焦距=工作距離/(1 1/放大倍率)單位：mm

6）像面的解析度要大於1/(2×0.1×放大倍率)單位：lp/mm

選擇的鏡頭的支援CCD尺寸要大於等於相機CCD感光元件晶片的尺寸，另外安裝座是C、CS或F型介面也要匹配，同時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准的話，可以諮詢廠商的技術支持，讓廠家根據你的應用場景推薦合適的鏡頭即可。

4、光源

機器視覺中補光是必須的操作，如果單純地調大相機的曝光時間，會增大影像的噪聲，降低影像的質量，必須選擇合適的光源才行。光源的選擇分光源燈和光源控制器兩部分。

4.1光源燈

機器視覺提供的光源也很豐富，這是因為視覺產業應用非常廣泛，需要根據特定的項目選擇合適的光源，才會達到理想的效果。

常見的光源燈類型如下，可依特定的項目來選擇，

4.2光源控制器

光源控制器是為測試環境提供照明的，一般會提供開發接口，控制指定的輸出端口點亮，熄滅，主要是配合相機為軟體提供符合要求的圖像。

5、物理環境

機器視覺系統對測試環境要求比較高，涉及到攝像頭，光源，待測目標位置擺放等問題，原則是需要提供一套穩定，高品質的圖像。測試環境可能還需要專業的機構來設計，如果是實驗用的簡易環境可以在網路上購買實驗用的支架即可。

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