項(xiàng)目一機(jī)器視覺概述機(jī)器視覺概述硬件構(gòu)成硬件選型視覺軟件KImage基礎(chǔ)機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)機(jī)器視覺圖像處理模式識(shí)別技術(shù)電子芯片缺陷檢測(cè)技術(shù)3D視覺檢測(cè)技術(shù)全套可編輯PPT課件

什么是機(jī)器視覺？

眼睛是人類獲取外界信息的重要渠道，而機(jī)器視覺則是機(jī)器的“眼睛”。人類通過眼睛將外界信息傳入大腦，再經(jīng)過大腦的分析與處理對(duì)事物做出反應(yīng)，是人類的基本行為。而機(jī)器想要了解外界信息是要通過機(jī)器視覺，機(jī)器視覺不僅僅局限于模擬眼睛對(duì)圖像信息的接收，還包括大腦的部分功能，即對(duì)圖像的處理和判斷。圖1.1機(jī)器視覺就是機(jī)器的“眼睛”美國制造工程師協(xié)會(huì)（SocietyofManufacturingEngineers，SME）機(jī)器視覺分會(huì)和美國機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)（RoboticIndustriesAssociation，RIA）的自動(dòng)化視覺分會(huì)對(duì)機(jī)器視覺下的定義為：“機(jī)器視覺是研究如何通過光學(xué)裝置和非接觸式傳感器自動(dòng)地接收、處理真實(shí)場(chǎng)景的圖像，以獲得所需信息或用于控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的學(xué)科。”然而，由于機(jī)器視覺廣泛的領(lǐng)域，和復(fù)雜的涉及面，目前還沒有權(quán)威官方的定義。什么是機(jī)器視覺？1.1機(jī)器視覺的發(fā)展歷程1.1機(jī)器視覺的發(fā)展歷程1950年，光科學(xué)家Gilson首次提出“光流”的概念，為2D影像統(tǒng)計(jì)模式帶來了發(fā)展，并成為了機(jī)械視覺的起源。1960年，美國科學(xué)家LarryRoberts發(fā)布了論文《BlockWorld》，這篇論文被稱為關(guān)于機(jī)器視覺的第一篇博士論文。在這篇論文里，機(jī)器視覺被簡(jiǎn)化成多面體等三維結(jié)構(gòu)，對(duì)物體形狀及物體的空間關(guān)系進(jìn)行描述，這一方法被稱為“積木世界”。該論文發(fā)表后，立刻引發(fā)了科學(xué)機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)器視覺的關(guān)注。1966年，麻省理工學(xué)院（MIT）設(shè)立了機(jī)器視覺項(xiàng)目，這標(biāo)志著三維機(jī)器視覺研究的開始。1.1機(jī)器視覺的發(fā)展歷程70年代中期，由視覺科學(xué)家DavidMarr為領(lǐng)頭的研究團(tuán)隊(duì)，針對(duì)“物體與視覺”等相關(guān)課題展開研究。1978年，DavidMarr提出了一種可以使計(jì)算機(jī)識(shí)別視覺世界的算法，通過“自下而上”即捕捉物體形象的方法，以2D的輪廓素描為起點(diǎn)，逐步完成3D形象的捕捉，這標(biāo)志著機(jī)器視覺研究取得了學(xué)術(shù)性的重大突破。1.1機(jī)器視覺的發(fā)展歷程從20世紀(jì)80年代開始，各大研究機(jī)構(gòu)開始大力發(fā)展機(jī)器視覺，在這一期間新概念、新方法、新理論層出不窮，呈現(xiàn)出百家爭(zhēng)鳴的態(tài)勢(shì)。其中的OCR和智能攝像頭等方法的問世為后世帶來了深遠(yuǎn)的影響。隨著機(jī)器視覺技術(shù)的蓬勃發(fā)展，大量視覺公司如雨后春筍般涌現(xiàn)，包含了研發(fā)、制造、銷售等諸多領(lǐng)域，形成了專屬于機(jī)器視覺的產(chǎn)業(yè)，并趨于完善。其中的LED燈、傳感器及控制結(jié)構(gòu)等更是迎來了蓬勃發(fā)展。1.1機(jī)器視覺的發(fā)展歷程2000年至今，更高速的3D視覺掃描系統(tǒng)和熱影象系統(tǒng)等逐步問世，機(jī)器視覺的軟硬件產(chǎn)品蔓延至生產(chǎn)制造的各個(gè)階段，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。當(dāng)下，機(jī)器視覺作為人工智能的底層產(chǎn)業(yè)及電子、汽車等行業(yè)的上游行業(yè)，仍處于高速發(fā)展的階段，具有良好的發(fā)展前景。1.1機(jī)器視覺的發(fā)展歷程90年代初，我國開始引入機(jī)器視覺技術(shù)，并將視覺技術(shù)融入到各行各業(yè)。相較國外，國內(nèi)的機(jī)器視覺起步較晚，目前處于快速成長期。自1998年開始，我國大量引進(jìn)機(jī)器視覺生產(chǎn)線和高級(jí)設(shè)備，誕生了國際機(jī)器視覺廠商的代理商和系統(tǒng)集成商。同時(shí)各大高校也引入國際先進(jìn)理論，例如，華中科技大學(xué)就在印刷在線檢測(cè)設(shè)備與浮法玻璃缺陷在線檢測(cè)設(shè)備上取得了重大成功。1.1機(jī)器視覺的發(fā)展歷程

對(duì)于我國而言，機(jī)器視覺發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段：

第一個(gè)階段：?jiǎn)⒚呻A段。這一階段的中國機(jī)器視覺處在一個(gè)探索階段，通過接觸國外的先進(jìn)技術(shù)，我國基本掌握了國外簡(jiǎn)單的機(jī)器視覺產(chǎn)品，但是還尚不成熟。國內(nèi)的各企業(yè)主要通過代理業(yè)務(wù)對(duì)客戶進(jìn)行服務(wù)。

第二個(gè)階段：發(fā)展階段。這一階段的中國已經(jīng)擁有了完整的機(jī)器視覺初級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)，并開始廣泛應(yīng)用于特種印刷業(yè)、煙葉異物剔除等行業(yè)。隨著國內(nèi)機(jī)器視覺技術(shù)的逐漸發(fā)展，越來越多自主核心技術(shù)承載的機(jī)器視覺軟硬件被研發(fā)出來，尤其是全系列模擬接口和USB2.0的相機(jī)和采集卡，以及PCB檢測(cè)設(shè)備、SMT檢測(cè)設(shè)備、LCD前道檢測(cè)設(shè)備等發(fā)明，打破了歐美在機(jī)器視覺入門級(jí)市場(chǎng)的壟斷地位。

第三個(gè)階段：高速發(fā)展階段。在這一階段眾多機(jī)器視覺核心器件陸續(xù)問世，研發(fā)廠商不斷涌現(xiàn)，一大批真正的系統(tǒng)級(jí)工程師被培養(yǎng)出來，極大推動(dòng)了國內(nèi)機(jī)器視覺行業(yè)的發(fā)展。1.1機(jī)器視覺的發(fā)展歷程

機(jī)器視覺作為一門新興產(chǎn)業(yè)，雖然只有幾十年的發(fā)展，卻早已融入了電子、制藥、食品、包裝等多個(gè)領(lǐng)域，在解放了勞動(dòng)力的同時(shí)有效推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展。隨著“中國制造2025”的實(shí)施，我國將進(jìn)一步深化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，推進(jìn)制造業(yè)的科技創(chuàng)新，提高智能制造水平，著力從要素驅(qū)動(dòng)向創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的根本轉(zhuǎn)變。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和制造業(yè)的進(jìn)一步智能化無疑為機(jī)器視覺技術(shù)的發(fā)展帶來了巨大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。1.2機(jī)器視覺的發(fā)展趨勢(shì)1.2機(jī)器視覺的發(fā)展趨勢(shì)

和人類自身視覺相比，機(jī)器視覺擁有諸多優(yōu)勢(shì)：在效率方面，機(jī)器視覺不會(huì)疲憊，即使在連日的高強(qiáng)度作業(yè)下，也不會(huì)降低精度，與人類對(duì)比，即使擁有再敏銳的視覺以及高度發(fā)達(dá)的頭腦，也無法一刻不停的工作數(shù)小時(shí)；在質(zhì)量方面，機(jī)器視覺能夠敏銳的感知到千分之一英寸的誤差，對(duì)存在誤差的產(chǎn)品做出及時(shí)更正，擁有極高的準(zhǔn)確性，而人類的眼睛無法達(dá)到如此精確的程度，而且人類在某些特定環(huán)境中，其視覺識(shí)別能力也會(huì)大幅下降，直接影響產(chǎn)品質(zhì)量管控工作；在安全可靠方面，機(jī)器視覺可以廣泛應(yīng)用在惡劣環(huán)境與危險(xiǎn)環(huán)境中，工作人員只需要通過遠(yuǎn)程即可觀察到車間的生產(chǎn)情況，大大降低了發(fā)生危險(xiǎn)的幾率；在重復(fù)性方面，機(jī)器視覺的機(jī)器只需要更改某一特定參數(shù)即可快速投入到新的工作環(huán)境中去，無需經(jīng)過繁瑣的培訓(xùn)與學(xué)習(xí)即可快速適應(yīng)新環(huán)境的需要。因此，機(jī)器視覺的發(fā)展必將勢(shì)不可擋。而彌補(bǔ)與改進(jìn)現(xiàn)今機(jī)器視覺設(shè)備的短點(diǎn)也必將成為機(jī)器視覺發(fā)展的趨勢(shì)。1.2機(jī)器視覺的發(fā)展趨勢(shì)一、自動(dòng)化的研發(fā)

提高機(jī)器視覺的自動(dòng)化程度是機(jī)器視覺技術(shù)發(fā)展的一大趨勢(shì)。如何讓它擁有更寬的帶寬用來保障數(shù)據(jù)傳輸，如何讓它擁有更快的速度用來處理識(shí)別結(jié)果，如何讓它擁有更智能的程序來解決故障。大力發(fā)展如非接觸在線檢測(cè)、工業(yè)圖像采集與處理、實(shí)時(shí)檢測(cè)等技術(shù)已然成為了機(jī)器視覺必然的發(fā)展趨勢(shì)。1.2機(jī)器視覺的發(fā)展趨勢(shì)二、工業(yè)相機(jī)的發(fā)展

作為機(jī)器視覺的核心部件，工業(yè)相機(jī)的性能高低也直接影響了機(jī)器視覺的精確性。在工業(yè)相機(jī)將圖像的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的過程中，如何使它擁有更高的傳輸力、抗干擾力，使成像更加清洗準(zhǔn)確，以滿足機(jī)器視覺系統(tǒng)的進(jìn)一步要求勢(shì)必將成為一種發(fā)展趨勢(shì)。1631.2機(jī)器視覺的發(fā)展趨勢(shì)三、集成產(chǎn)品的增多

工業(yè)相機(jī)的發(fā)展表明了集成產(chǎn)品的不斷增多，工業(yè)相機(jī)是在一個(gè)獨(dú)立體里集成處理器、鏡頭、光源、輸入/輸出裝置和以太網(wǎng)。人類社會(huì)正進(jìn)入視覺信息的大數(shù)據(jù)時(shí)代，工業(yè)相機(jī)可說是工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的靈魂之窗。1.2機(jī)器視覺的發(fā)展趨勢(shì)四、更高端的市場(chǎng)

目前全球的高端視覺行業(yè)被日本基恩士和美國康耐視兩大巨頭壟斷，占據(jù)著行業(yè)價(jià)值鏈的頂端，擁有最尖端的制作工藝與技術(shù)，他們的專利創(chuàng)造了巨額的財(cái)富。而國內(nèi)企業(yè)主要圍繞中低端市場(chǎng)，利潤水平低，沒有穩(wěn)定的科研團(tuán)隊(duì)與經(jīng)濟(jì)收入。進(jìn)軍機(jī)器視覺的高端市場(chǎng)成為了國內(nèi)機(jī)器視覺的發(fā)展趨勢(shì)。1.3機(jī)器視覺的應(yīng)用領(lǐng)域1.3機(jī)器視覺的應(yīng)用領(lǐng)域

快速識(shí)別和相關(guān)檢測(cè)的快速性和準(zhǔn)確性直接或間接地影響到產(chǎn)品的整體市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，這為機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)檢測(cè)中提供了廣大應(yīng)用空間。在現(xiàn)代工業(yè)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展過程中，檢測(cè)有各種各樣的要求，如機(jī)器各部件尺寸的測(cè)量，郵政編碼二進(jìn)制碼和條形碼的識(shí)別，以及在短期內(nèi)對(duì)明顯缺陷的檢測(cè)和歧視性應(yīng)用目標(biāo)等。1.3機(jī)器視覺的應(yīng)用領(lǐng)域一、工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用

1.機(jī)器視覺技術(shù)在包裝檢驗(yàn)中的應(yīng)用

在產(chǎn)品包裝檢驗(yàn)行業(yè)領(lǐng)域，一般涉及連續(xù)、大規(guī)模的復(fù)驗(yàn)和測(cè)量,如印刷品質(zhì)量的檢測(cè)，以及產(chǎn)品包裝上的字符串和條形碼的準(zhǔn)確識(shí)別。機(jī)器視覺技術(shù)的應(yīng)用,提高了產(chǎn)品包裝的質(zhì)量檢測(cè)的可靠性和穩(wěn)定性。機(jī)器視覺技術(shù)可以滿足包裝檢測(cè)的準(zhǔn)確性和精確性的要求。

2.機(jī)器視覺技術(shù)在產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)中的應(yīng)用

在產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)領(lǐng)域,機(jī)器視覺技術(shù)可以檢測(cè)得到傳統(tǒng)的手動(dòng)或繁體中文測(cè)量結(jié)果,并可以提高設(shè)備檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。在各種機(jī)械產(chǎn)品的尺寸和整體質(zhì)量測(cè)試結(jié)果的新興領(lǐng)域中,自動(dòng)化機(jī)器視覺相關(guān)的檢測(cè)技術(shù)也可以得到更廣泛的應(yīng)用。例如,可以檢測(cè)各種零件和產(chǎn)品的幾何相關(guān)參數(shù),可以進(jìn)行自動(dòng)生產(chǎn)線中產(chǎn)品的中間位置相關(guān)檢測(cè),并且可以檢測(cè)相似產(chǎn)品表面的質(zhì)量檢查結(jié)果。1.3機(jī)器視覺的應(yīng)用領(lǐng)域二、日常生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用

機(jī)器視覺作為一種新興技術(shù)，其所具有的精準(zhǔn)、快速、可靠、適應(yīng)大部分工作環(huán)境等突出優(yōu)點(diǎn)被人類重視。在工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)器視覺的應(yīng)用已經(jīng)無處不在。在生產(chǎn)階段，機(jī)器視覺被用來可控制手臂的移動(dòng)以及抓取；在質(zhì)檢過程中，機(jī)器視覺取代人工去識(shí)別缺陷產(chǎn)品，其0.01～0.02mm的超高的緊密度識(shí)別能夠取代人眼，完美完成質(zhì)檢工作；在自動(dòng)識(shí)別方面，機(jī)器視覺做到了快速的分辨產(chǎn)品包裝與種類，尤其是藥物、食品等領(lǐng)域，如圖1-2所示。圖1-2機(jī)器視覺生產(chǎn)口罩1.3機(jī)器視覺的應(yīng)用領(lǐng)域二、日常生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用

根據(jù)需求的不同，機(jī)器視覺能夠快速的滿足人們的需要，例如最常見的檢測(cè)工作中，就可以分為高精度的定量測(cè)量與低精度的半定量檢測(cè)。機(jī)器視覺技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用解放了大量的人力，創(chuàng)造了巨額的財(cái)富。1.3機(jī)器視覺的應(yīng)用領(lǐng)域三、在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

機(jī)器視覺的數(shù)字圖像處理技術(shù)、信息融合技術(shù)廣泛應(yīng)用在輔助診斷中，通過對(duì)X射線透視圖、核磁共振圖像、CT圖像等醫(yī)學(xué)圖像的再構(gòu)造及分析，為醫(yī)生快速并準(zhǔn)確的確診病人的疾病提供了有力的技術(shù)支持與保障，如圖1-3所示。圖1-3機(jī)器視覺檢測(cè)藥品1.3機(jī)器視覺的應(yīng)用領(lǐng)域四、交通監(jiān)控領(lǐng)域中的應(yīng)用

隨著工業(yè)相機(jī)的發(fā)展與普及，機(jī)器視覺在交通領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸嶄露頭角，通過對(duì)圖像的識(shí)別，只需將攝像頭放置在可以拍攝到車輛的路口，就可以利用攝像頭的自動(dòng)拍照功能，對(duì)所有車輛的違章情況做出自動(dòng)識(shí)別并上報(bào)給警務(wù)系統(tǒng)，尤其是20世紀(jì)以來，汽車數(shù)量爆發(fā)式增長，通過機(jī)器視覺的應(yīng)用，節(jié)省了大量的警力，如圖1-4所示。圖1-4機(jī)器視覺測(cè)速1.3機(jī)器視覺的應(yīng)用領(lǐng)域五、航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

通過對(duì)放射圖像遙感多波段圖像、合成孔徑雷達(dá)圖像、航天航測(cè)圖像等的自動(dòng)判讀，機(jī)器視覺被廣泛應(yīng)用在航空航天的雷達(dá)控制及自動(dòng)操作上。即使不上天空，也可以運(yùn)籌帷幄，取得各種數(shù)據(jù)。航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用無疑極大推動(dòng)了人類對(duì)天空的理解。1.3機(jī)器視覺的應(yīng)用領(lǐng)域六、芯片制作領(lǐng)域的應(yīng)用

視覺定位可以在極短的時(shí)間內(nèi)從上千的零件堆中準(zhǔn)確找到需要的零件。當(dāng)芯片制作的過程中，機(jī)器可以根據(jù)設(shè)定，嚴(yán)格遵守順序的完成芯片各精細(xì)器件的拾取與綁定工作，即使是μ級(jí)的超精密器件，也可以被視覺定位完美的識(shí)別。1.3機(jī)器視覺的應(yīng)用領(lǐng)域七、農(nóng)產(chǎn)品種植領(lǐng)域的應(yīng)用

機(jī)器視覺技術(shù)可以有效監(jiān)控農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)并做出正確指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的自動(dòng)檢測(cè)升級(jí)。通過視覺檢測(cè)可以判斷出產(chǎn)品是否遭遇蟲害，在采摘的過程中，可以有效分辨果實(shí)是否成熟，自動(dòng)剔除表皮由損害的水果。隨著機(jī)器視覺的發(fā)展，其在農(nóng)產(chǎn)品種植生產(chǎn)中的角色也更加重要，如圖1-5所示。圖1-5農(nóng)業(yè)機(jī)器人1.3機(jī)器視覺的應(yīng)用領(lǐng)域八、物流分揀領(lǐng)域的應(yīng)用

實(shí)際上，物體分揀應(yīng)用是建立在識(shí)別、檢測(cè)之后一個(gè)環(huán)節(jié)，通過機(jī)器視覺系統(tǒng)將圖像進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)分揀。在機(jī)器視覺工業(yè)應(yīng)用中常用于食品分揀、零件外貌瑕疵自動(dòng)分揀、棉花纖維分揀等。

隨著互聯(lián)網(wǎng)購物的興起，每日數(shù)以萬計(jì)的快遞被發(fā)出，物流分揀通過賦予每個(gè)快遞專門的二維碼，從而完成對(duì)圖像的處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)包裹的自動(dòng)分揀，通過掃描二維碼，物流還可以識(shí)別快遞的目的地。除了物流分揀外，機(jī)器視覺還經(jīng)常應(yīng)用在食品分揀以及棉花纖維的分揀中，如圖1-6所示。圖1-6機(jī)器視覺分揀快遞1.3機(jī)器視覺的應(yīng)用領(lǐng)域

隨著研究的進(jìn)步，如今的機(jī)器視覺已不再是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，它橫跨運(yùn)動(dòng)控制、邏輯控制、數(shù)據(jù)采集、企業(yè)數(shù)據(jù)庫管理等諸多領(lǐng)域，成為了自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分。機(jī)器視覺的發(fā)展對(duì)提高生成效率、降低人工成本起到了重大的作用，推動(dòng)了國家由勞動(dòng)密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)型的過程，機(jī)器視覺的應(yīng)用必將成為企業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)。1.4機(jī)器視覺的性能

優(yōu)勢(shì)及功能特點(diǎn)

機(jī)器視覺系統(tǒng)是一種將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并通過專用的圖像處理系統(tǒng)，分析目標(biāo)的各項(xiàng)特征的技術(shù)，進(jìn)而根據(jù)分析結(jié)果來控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的動(dòng)作。通過賦予機(jī)器“眼”的功能，從而實(shí)現(xiàn)替代傳統(tǒng)人工以及簡(jiǎn)單的機(jī)械工具的作用。一、機(jī)器視覺系統(tǒng)性能優(yōu)勢(shì)1.非接觸測(cè)量被觀測(cè)者和觀測(cè)者之前沒有直接接觸，只需要在儀器的可是范圍內(nèi)，就可以完成必要的采樣與分析，不需要親身前往惡劣的環(huán)境中，十分可靠。2.超高效率作為機(jī)器，機(jī)器視覺系統(tǒng)可以連續(xù)工作，無需休息，快速而高效，為生產(chǎn)節(jié)約了大量時(shí)間。一、機(jī)器視覺系統(tǒng)性能優(yōu)勢(shì)3.低成本機(jī)器視覺系統(tǒng)早期成本較高，但是建成以后，每年只需要投入少量的維護(hù)費(fèi)與管理費(fèi)即可繼續(xù)工作，從長遠(yuǎn)講，機(jī)器視覺系統(tǒng)相較人工，成本更低。4.高精度機(jī)器視覺系統(tǒng)的識(shí)別精度能夠達(dá)到毫厘等級(jí)，即使是再天賦異稟的人類，也無法達(dá)到如此高的識(shí)別精度。一、機(jī)器視覺系統(tǒng)性能優(yōu)勢(shì)5.使用靈活當(dāng)需要檢測(cè)不同規(guī)格的產(chǎn)品時(shí)，只需要稍微更改一下參數(shù)，機(jī)器視覺系統(tǒng)就可以立刻投入到工作中。6.穩(wěn)定性高即使是長時(shí)間的高強(qiáng)度作業(yè)也不會(huì)降低機(jī)器的精度，而人類難以長期集中精力對(duì)同一對(duì)象進(jìn)行觀察工作。7.檢測(cè)范圍廣可以識(shí)別紅外線等多種光線，可以勝任很多人眼無法完成的工作，擁有極高的泛用性。二、機(jī)器視覺系統(tǒng)功能特點(diǎn)1.定位功能能夠快速準(zhǔn)確的確定物體位置，并將位置信息處理后以信號(hào)的方式傳遞給執(zhí)行端，從而實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的作業(yè)。2.測(cè)量功能通過獲取被測(cè)物體的各項(xiàng)特征，完成對(duì)物體的輪廓、面積、孔徑等的測(cè)量。3.缺陷檢測(cè)功能通過分析產(chǎn)品表面的各項(xiàng)特征，從而判斷產(chǎn)品的質(zhì)量。目前機(jī)器視覺系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、交通、食品、航空、國防、物流甚至體育等行業(yè)，機(jī)器視覺已經(jīng)成為了與我們的日常生活息息相關(guān)的一部分。THANKS項(xiàng)目二硬件構(gòu)成2.1相機(jī)

機(jī)器視覺系統(tǒng)的第一個(gè)項(xiàng)目就是圖像采集，想要采集圖像就離不開相機(jī)這個(gè)核心部件，如圖2-1所示。相機(jī)作為將現(xiàn)場(chǎng)的影像轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)的工具在進(jìn)行拍攝時(shí)，光信號(hào)通過鏡頭到達(dá)圖像傳感器后被轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，內(nèi)部處理電路對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的算法處理，處理后的數(shù)據(jù)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)通過數(shù)據(jù)接口向上位機(jī)傳輸，這就是相機(jī)工作的基本操作原理。下面將對(duì)相機(jī)的分類、關(guān)鍵參數(shù)以及接口方面進(jìn)行介紹。圖2-1xcg-h280cr-sony工業(yè)相機(jī)一、分類

相機(jī)作為機(jī)器視覺中圖像采集模塊的核心元件，根據(jù)不同的分類方式，得到不同的分類類別，見表2-1。表2-1工業(yè)相機(jī)分類劃分標(biāo)準(zhǔn)分類1分類2芯片類型CCD相機(jī)CMOS相機(jī)傳感器結(jié)構(gòu)特性面陣相機(jī)線陣相機(jī)圖像輸出顏色黑白（單色）相機(jī)彩色相機(jī)能否獲得深度信息2D相機(jī)3D相機(jī)一、分類1.按照輸出信號(hào)分類

1）模擬相機(jī)模擬相機(jī)由于采用了標(biāo)準(zhǔn)的模擬量視頻信號(hào)作為輸出的形式，因此必須配備專門的影像采集卡，才能將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)，以便后期計(jì)算機(jī)對(duì)視頻信號(hào)的處理與應(yīng)用。其主要優(yōu)勢(shì)在于：通用化、低費(fèi)用，但其缺點(diǎn)是分辨率低、采集速度慢、在傳輸過程中易受噪音的影響而影響圖像的品質(zhì)，因此大部分應(yīng)用于對(duì)圖像品質(zhì)要求不高的計(jì)算機(jī)視覺中，早期的機(jī)器視覺系統(tǒng)多用模擬相機(jī)組成。它的視頻輸出接口以

BNC,S-VIDEO等為主，而與之配套的機(jī)器視覺主機(jī)則以工控機(jī)+視頻采集卡為主，整體造價(jià)偏高。在當(dāng)前的主流高清晰度機(jī)器視覺應(yīng)用場(chǎng)合中，模擬相機(jī)已經(jīng)比較少見。一、分類1.按照輸出信號(hào)分類

2）數(shù)字相機(jī)數(shù)字相機(jī)顧名思義就是把掃描到的圖像信號(hào)以數(shù)字信號(hào)的形式輸出，在相機(jī)內(nèi)部裝有A/D變換器，可以把模擬信號(hào)直接變換成數(shù)字信號(hào)。在圖像傳送工作中，抗干擾能力很強(qiáng)是其優(yōu)點(diǎn)，而且視頻信號(hào)的格式也比較豐富，且具有高清晰度和豐富的視頻輸出接口等特點(diǎn)。一、分類2.按照色彩分類

1）黑白相機(jī)黑白相機(jī)輸出的圖像看起來是黑白的，但并不是二值圖，而是灰度圖。當(dāng)光線照射到感光芯片時(shí)，光子信號(hào)會(huì)轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)。由于光子的數(shù)目與電子的數(shù)目成比例，主要統(tǒng)計(jì)出電子數(shù)目就能形成反應(yīng)光線強(qiáng)弱的黑白圖像。即在黑白相機(jī)中，光的顏色信息是沒有被保留的。一、分類2.按照色彩分類

2）數(shù)字相機(jī)數(shù)字相機(jī)顧名思義就是把掃描到的圖像信號(hào)以數(shù)字信號(hào)的形式輸出，在相機(jī)內(nèi)部裝有A/D變換器，可以把模擬信號(hào)直接變換成數(shù)字信號(hào)。在圖像傳送工作中，抗干擾能力很強(qiáng)是其優(yōu)點(diǎn)，而且視頻信號(hào)的格式也比較豐富，且具有高清晰度和豐富的視頻輸出接口等特點(diǎn)。一、分類2.按照色彩分類

彩色相機(jī)輸出的圖像是彩色的，而彩色相機(jī)又分為真彩色相機(jī)與偽彩色相機(jī)。由于CCD與

CMOS影像傳感器不能分辨色彩，而僅可感知信號(hào)強(qiáng)度。為了能夠采集彩色的圖像，真彩色相機(jī)和偽彩色相機(jī)的區(qū)別是：采取了不同的方式采集顏色。真彩色相機(jī)利用三棱鏡將光線分為三個(gè)基色（RGB），然后分別使用三個(gè)感光芯片去感知各個(gè)光線的強(qiáng)弱程度，再進(jìn)行合成就得到了彩色圖片。但此做法雖獲取的圖像質(zhì)量好，但造價(jià)過于昂貴，柯達(dá)的Bayer提出了一種廉價(jià)的折中方案，即偽彩色相機(jī)。這種相機(jī)，在圖像傳感器前面設(shè)置了一個(gè)布滿規(guī)律排列濾光點(diǎn)的濾光片。規(guī)律為：每個(gè)綠點(diǎn)的周圍，分布兩個(gè)紅點(diǎn)、兩個(gè)藍(lán)點(diǎn)、四個(gè)綠點(diǎn)。其原因是，人眼對(duì)綠色更為敏感，所以綠色是紅色和藍(lán)色的兩倍。這樣下來，雖然每一個(gè)濾光點(diǎn)只能通過紅綠藍(lán)三種色彩之一，但后期的算法處理中可以通過插值法補(bǔ)回所缺失的數(shù)據(jù)。一、分類3.按照感光芯片的類型分類

1）CCD相機(jī)CCD是指“電荷耦合器件”（chargecoupleddevice），它能夠?qū)⒐饩€變?yōu)殡姾刹㈦姾纱鎯?chǔ)及轉(zhuǎn)移，也可將存儲(chǔ)之電荷取出使電壓發(fā)生變化，是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種圖像傳感器。CCD根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，可分為線陣CCD，面陣CCD。面陣CCD又分為全幀型，幀轉(zhuǎn)移型，行間轉(zhuǎn)移型，TDI型。一、分類3.按照感光芯片的類型分類2）CMOS相機(jī)CMOS指"互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體"，也是一種圖像傳感器，它是一種典型的固體成像傳感器。CMOS圖像傳感器通常由像敏單元陣列、行驅(qū)動(dòng)器、列驅(qū)動(dòng)器、時(shí)序控制邏輯、AD轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)總線輸出接口、控制接口等幾部分組成,這幾部分通常都被集成在同一塊硅片上。其工作過程一般可分為復(fù)位、光電轉(zhuǎn)換、積分、讀出幾部分。一、分類3.按照感光芯片的類型分類3）CCD相機(jī)與CMOS相機(jī)的區(qū)別（1）成像過程。CCD與CMOS圖像傳感器光電轉(zhuǎn)換的原理相同，他們最主要的差別在于信號(hào)的讀出過程不同；由于CCD僅有一個(gè)(或少數(shù)幾個(gè))輸出節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一讀出，其信號(hào)輸出的一致性非常好；而CMOS芯片中，每個(gè)像素都有各自的信號(hào)放大器，各自進(jìn)行電荷-電壓的轉(zhuǎn)換，其信號(hào)輸出的一致性較差。但是CCD為了讀出整幅圖像信號(hào)，要求輸出放大器的信號(hào)帶寬較寬，而在CMOS芯片中，每個(gè)像元中的放大器的帶寬要求較低，大大降低了芯片的功耗，這就是CMOS芯片功耗比CCD要低的主要原因。盡管降低了功耗，但是數(shù)以百萬的放大器的不一致性卻帶來了更高的固定噪聲，這又是CMOS相對(duì)CCD的固有劣勢(shì)。一、分類3.按照感光芯片的類型分類（2）集成性。從制造工藝的角度看，CCD中電路和器件是集成在半導(dǎo)體單晶材料上，工藝較復(fù)雜，世界上只有少數(shù)幾家廠商能夠生產(chǎn)CCD晶元，如DALSA、SONY、松下等。CCD僅能輸出模擬電信號(hào)，需要后續(xù)的地址譯碼器、模擬轉(zhuǎn)換器、圖像信號(hào)處理器處理，并且還需要提供三組不同電壓的電源同步時(shí)鐘控制電路，集成度非常低。而CMOS是集成在被稱作金屬氧化物的半單體材料上，這種工藝與生產(chǎn)數(shù)以萬計(jì)的計(jì)算機(jī)芯片和存儲(chǔ)設(shè)備等半導(dǎo)體集成電路的工藝相同，因此生產(chǎn)CMOS的成本相對(duì)CCD低很多。同時(shí)CMOS芯片能將圖像信號(hào)放大器、信號(hào)讀取電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、圖像信號(hào)處理器及控制器等集成到一塊芯片上，只需一塊芯片就可以實(shí)現(xiàn)相機(jī)的的所有基本功能，集成度很高，芯片級(jí)相機(jī)概念就是從這產(chǎn)生的。隨著CMOS成像技術(shù)的不斷發(fā)展，有越來越多的公司可以提供高品質(zhì)的CMOS成像芯片，包括：Micron、CMOSIS、Cypress等。一、分類3.按照感光芯片的類型分類（3）速度。CCD采用逐個(gè)光敏輸出，只能按照規(guī)定的程序輸出，速度較慢。CMOS有多個(gè)電荷-電壓轉(zhuǎn)換器和行列開關(guān)控制，讀出速度快很多，大部分500fps以上的高速相機(jī)都是CMOS相機(jī)。此外CMOS的地址選通開關(guān)可以隨機(jī)采樣，實(shí)現(xiàn)子窗口輸出，在僅輸出子窗口圖像時(shí)可以獲得更高的速度。（4）噪聲。CCD技術(shù)發(fā)展較早，比較成熟，采用PN結(jié)或二氧化硅（SiO2）隔離層隔離噪聲，成像質(zhì)量相對(duì)CMOS光電傳感器有一定優(yōu)勢(shì)。由于CMOS圖像傳感器集成度高，各元件、電路之間距離很近，干擾比較嚴(yán)重，噪聲對(duì)圖像質(zhì)量影響很大。近年，隨著CMOS電路消噪技術(shù)的不斷發(fā)展，為生產(chǎn)高密度優(yōu)質(zhì)的CMOS圖像傳感器提供了良好的條件。一、分類4.按照傳感器的像素排列方式分類1）線陣相機(jī)線陣相機(jī)的像素排列方式呈“線”狀，長度極長多為幾k，而寬度卻只有幾個(gè)像素。由于被測(cè)視野為細(xì)長的“線”狀，所以多用于滾筒上檢測(cè)的問題，如圖2-2所示。需要極大的視野或極高的精度。一般上只在兩種情況下使用這種相機(jī)：一、被測(cè)視野為細(xì)長的帶狀，多用于滾筒上檢測(cè)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(fā)裝置多次激發(fā)相機(jī)，進(jìn)行多次拍照，再將所拍下的多幅“條”形圖象，合并成一張巨大的圖。因此，用線陣型相機(jī)，必須用可以支持線陣型相機(jī)的采集卡。圖2-2線陣相機(jī)一、分類4.按照傳感器的像素排列方式分類2）面陣相機(jī)面陣相機(jī)，就是像素矩陣拍攝，如圖2-3所示。顯示影像的精細(xì)程度并不取決于像素的數(shù)目，而是取決于分辨率。分辨率取決于所選的鏡頭的焦距，同樣的相機(jī)使用的鏡頭焦距不同，分辨率就會(huì)不同。面陣相機(jī)用途廣泛，如材料的面積、形狀、尺寸和位置等，甚至溫度的測(cè)量都可以用它。面陣相機(jī)是一種可以一次性的獲取圖像并能進(jìn)行圖像采集的相機(jī)。圖2-3面陣相機(jī)一、分類4.按照傳感器的像素排列方式分類3）線陣相機(jī)與面陣相機(jī)的區(qū)別，見表2-2。表2-2面陣相機(jī)與線陣相機(jī)的區(qū)別分類面陣相機(jī)線陣相機(jī)主要區(qū)別芯片為面陣，鏡頭為C口或CS口鏡頭芯片為線狀物體靜止或運(yùn)動(dòng)都可成像相機(jī)和物體間要有相對(duì)運(yùn)動(dòng)才能成像根據(jù)性能，價(jià)格不一價(jià)格比較高數(shù)據(jù)傳輸接口有多種打光的依賴比CMOS芯片低由于傳輸數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)傳輸接口一般為GigE接口或CamLink接口一、分類4.按照傳感器的像素排列方式分類（1）應(yīng)用對(duì)比。面陣相機(jī)：可以快速準(zhǔn)確的獲取二維圖像信息，而且具有非常直觀的測(cè)量圖像。應(yīng)用范圍比較廣，例如面積、形狀、尺寸、位置，甚至溫度等測(cè)量。線陣相機(jī)：被檢測(cè)的物體通常勻速運(yùn)動(dòng)，利用一臺(tái)或多臺(tái)相機(jī)對(duì)其逐行連續(xù)掃描，已達(dá)到對(duì)其整個(gè)表面均勻檢測(cè)。可以對(duì)其圖像一行一行進(jìn)行處理，或者對(duì)有多行組成的面陣圖像進(jìn)行處理。另外線陣相機(jī)非常適合測(cè)量場(chǎng)合，這要?dú)w功于傳感器的高分辨率，它可以準(zhǔn)確測(cè)量到微米。主要應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、科研與安全領(lǐng)域的圖像處理。典型應(yīng)用領(lǐng)域是檢測(cè)連續(xù)的材料，例如金屬、塑料、紙和纖維等。一、分類4.按照傳感器的像素排列方式分類（2）優(yōu)點(diǎn)對(duì)比。面陣相機(jī)：可以獲取二維圖像信息，測(cè)量圖像直觀。線陣相機(jī)：一維像元數(shù)可以做得很多，而總像元素較面陣相機(jī)少，而且像元尺寸比較靈活，幀幅數(shù)高，特別適用于一維動(dòng)態(tài)目標(biāo)的測(cè)量。而且線陣分辨率高，價(jià)格低廉，可滿足大多數(shù)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)要求。一、分類4.按照傳感器的像素排列方式分類（3）缺點(diǎn)對(duì)比。面陣相機(jī)：像元總數(shù)多，而每行的像元數(shù)一般較線陣少，幀幅率受到限制，因此其應(yīng)用面較廣，如面積、形狀、尺寸、位置，甚至溫度等的測(cè)量。由于生產(chǎn)技術(shù)的制約，單個(gè)面陣的面積很難達(dá)到一般工業(yè)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的需求。線陣相機(jī)：要用線陣獲取二維圖像，必須配以掃描運(yùn)動(dòng)，而且為了能確定圖像每一像素點(diǎn)在被測(cè)件上的對(duì)應(yīng)位置，還必須配以光柵等器件以記錄線陣每一掃描行的坐標(biāo)。一般看來，這兩方面的要求導(dǎo)致用線陣獲取圖像有以下不足：圖像獲取時(shí)間長，測(cè)量效率低；由于掃描運(yùn)動(dòng)及相應(yīng)的位置反饋環(huán)節(jié)的存在，增加了系統(tǒng)復(fù)雜性和成本；圖像精度可能受掃描運(yùn)動(dòng)精度的影響而降低，最終影響測(cè)量精度。一、分類5.按照掃描方式的不同分類1）逐行掃描相機(jī)逐行掃描也稱為非交錯(cuò)掃描，是指通過掃描每行像素，在電子顯示屏上“繪制”視頻圖像，每一幀圖像由電子束順序地一行接著一行連續(xù)掃描而成。該掃描方式克服傳統(tǒng)掃描方式的缺陷，運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償功能更加完善，并且顯示穩(wěn)定性比隔行掃描強(qiáng)，動(dòng)態(tài)失真程度低。2）隔行掃描相機(jī)隔行掃描也就是交錯(cuò)掃描，最終是把每一幀圖像通過兩場(chǎng)掃描完成。因此，隔行掃描擁有較高的刷新率，改善了運(yùn)動(dòng)中物體的外觀，并且空間分辨率比逐行掃描更高。一、分類6.按照響應(yīng)頻率范圍分類按照響應(yīng)頻率范圍，可以分為可見光相機(jī)（也就是普通相機(jī)），紅外相機(jī)，紫外相機(jī)。紅外相機(jī)根據(jù)紅外光的分類不同而分為NIR（近紅外）紅外相機(jī)、SWIR（短波紅外）紅外相機(jī)、MWIR（中波紅外）紅外相機(jī)和LWIR（長波紅外）紅外相機(jī)。由于NIR的波長比可見光長，它更容易透射紙張、布料和塑料等，故可以做到消除不必要的眩光和反射，忽略各種檢測(cè)應(yīng)用中不需要的細(xì)節(jié)。SWIR的范圍在1050nm到2500nm之間，由于超出了傳統(tǒng)硅基成像傳感器的能力范圍，所以短波紅外相機(jī)通常使用InGaAs傳感器來感知該波段的光。其具有相對(duì)成本效益和成熟的特點(diǎn)，使產(chǎn)品的檢測(cè)和分類成為它的拿手好戲。MWIR就是著名的“熱紅外”，由于這種熱輻射是從物體本身發(fā)射的，所以不需要外部光源來成像物體。LMIR是電磁波譜紅外波段的細(xì)分，可捕獲8至14μmLWIR光譜中的紅外能量，主要專注于溫度的測(cè)量方面。在機(jī)器視覺的應(yīng)用中，工業(yè)上使用最常見的紫外波長是365nm和395nm，因此紫外相機(jī)可以檢測(cè)到可見光無法檢測(cè)到的特性。因?yàn)楹芏辔镔|(zhì)都能吸收紫外線，所以能捕捉到物體的表面圖像，而且因?yàn)槠洳ㄩL較可見光短，所以會(huì)被物體的表層特性所散射。廣泛應(yīng)用于高分辨率的視頻顯微鏡，電暈檢測(cè)，半導(dǎo)體檢測(cè)和非破壞性檢測(cè)。一、分類7.按照維度不同分類按照維度不同，可以分為2D相機(jī)和3D相機(jī)。D全程是Dimensional，翻譯中文為維度。中文翻譯2D、3D為二維、三維。2D相機(jī)即二維相機(jī)，只有X、Y兩個(gè)軸。3D相機(jī)即三維相機(jī)，三個(gè)維度、三個(gè)坐標(biāo)，即有長、寬、高。3D是空間的概念，由X、Y、Z三個(gè)軸組成的空間。2D相機(jī)不能獲得對(duì)象的空間坐標(biāo)信息，因此不支持形狀相關(guān)的測(cè)量，比如對(duì)象平坦度，表面角度，體積或去分享同顏色的對(duì)象，或者具有接觸側(cè)的對(duì)象位置之間的特征。2D視覺測(cè)量對(duì)象的對(duì)比度，意味著測(cè)量精度，它特別依賴于照明和顏色、灰度變化而易受可變照明條件的影響。一、分類7.按照維度不同分類3D相機(jī)與2D機(jī)器視覺相比，3D機(jī)器視覺具有以下優(yōu)勢(shì)：（1）在線檢測(cè)快速移動(dòng)目標(biāo)以獲得形狀和對(duì)比度；（2）對(duì)比度是恒定的，非常適合檢查低對(duì)比度物體；（3）對(duì)小的光線變化或環(huán)境光線不敏感；（4）為大對(duì)象檢測(cè)設(shè)置多傳感器設(shè)置更簡(jiǎn)單；（5）消除手動(dòng)檢查造成的錯(cuò)誤。二、關(guān)鍵參數(shù)1.分辨率相機(jī)每次采集圖像的像素點(diǎn)數(shù)(Pixels)，主要用于衡量相機(jī)呈現(xiàn)圖像的清晰度。像素點(diǎn)的數(shù)目用W×H表示，W是指圖像水平方向即每一行的像素?cái)?shù)，H是指圖像豎直方向即每一列的像素?cái)?shù)。如市面上常見的30萬像素的相機(jī)，它的分辨率通常是640×480，根據(jù)上述計(jì)算可以算出其總像素?cái)?shù)為307200像素，即30.72萬像素。雖然在同一類型的相機(jī)中分辨率決定了相機(jī)的檔次水平，但選擇機(jī)器視覺中使用的相機(jī)不是根據(jù)分辨率的高低，而是根據(jù)項(xiàng)目測(cè)量精度水平。即只要相機(jī)像素精度大于等于項(xiàng)目測(cè)量精度就可以使用和選擇。二、關(guān)鍵參數(shù)2.像素尺寸像素是把畫面分成小格，像素尺寸就是每個(gè)小格的占地面積，即實(shí)際大小如圖2-4所示。單位一般是微米（μm）。故當(dāng)圖像大小一定的情況下，像素尺寸越大，像素越少，分辨率越低。圖2-4像素和像素尺寸示意圖二、關(guān)鍵參數(shù)3.像素深度像素深度是指存儲(chǔ)每個(gè)像素所用的位數(shù)，也用它來度量圖像的分辨率。計(jì)算機(jī)在記錄圖像顏色時(shí)，是使用“位”（bit）作為單位來記錄和表示顏色的數(shù)據(jù)。例如，黑白圖像“位”深度是1，即2的1次冪；“位”深度是8的灰度圖，含有256中不同的顏色（除了黑色和白色，其余254種均為灰色級(jí)）；真彩色RGB圖像是R（red）G（green）B（blue）三原色每種都有8“位”，所以一共有24“位”深度來記錄顏色數(shù)據(jù)，即2的24次冪為一千六百萬種不同的顏色。二、關(guān)鍵參數(shù)4.幀率幀率為相機(jī)每一秒拍攝的幀數(shù)。例如，10幀就是一秒拍攝10張畫面，80幀就是一秒拍攝80張畫面。在人類看來，當(dāng)圖像的幀數(shù)在10幀~12幀以上時(shí)，就會(huì)被認(rèn)為是連續(xù)的，這種情況也被稱為“視覺殘余”。隨著幀率的增大，更多的圖片在一秒被捕獲，使畫面看起來更流暢。至于如何選擇幀率，要從被測(cè)物的運(yùn)動(dòng)速度快慢和測(cè)量精度等方面去選取，并且很大程度受制于相機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸接口和硬件網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。二、關(guān)鍵參數(shù)5.曝光時(shí)間（快門時(shí)間）曝光是為了將光投射到相機(jī)里面的感光面上，而曝光時(shí)間是快門從打開到關(guān)閉的時(shí)間間隔。故曝光時(shí)間根據(jù)相機(jī)所拍攝物體的需要，去選定。傳感器按曝光形式不同，分為全局快門（GlobalShutter）和卷簾快門（RollingShutter）。一般來說，CCD傳感器都是全局快門，GMOS傳感器有全局快門和卷簾快門兩種。全局快門是指整個(gè)芯片的每行像素全部同時(shí)進(jìn)行曝光，每一行像素的曝光開始和結(jié)束時(shí)間相同。曝光完成后，數(shù)據(jù)開始逐行讀出。相機(jī)傳感器曝光、數(shù)據(jù)讀出的時(shí)間長度一致，但結(jié)束數(shù)據(jù)讀出的時(shí)刻不一致。全局快門經(jīng)常應(yīng)用于動(dòng)態(tài)拍攝，高速飛拍等，曝光時(shí)間可以達(dá)到10μs甚至更快。卷簾快門是指芯片開始曝光的時(shí)候，每行均按照順序依次開始曝光。第一行曝光結(jié)束后，便立即開始讀出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)完全讀出后，下一行再開始讀出數(shù)據(jù)，如此循環(huán)。由于這個(gè)特質(zhì)，卷簾快門相機(jī)主要應(yīng)用于靜態(tài)或者低速的場(chǎng)合。二、關(guān)鍵參數(shù)6.信噪比信噪比顧名思義是指圖像中信號(hào)與噪聲的比例。一般情況下用SNR表示，單位是分貝（dB）。所以信噪比越高，圖像的質(zhì)量越好。三、接口相機(jī)的接口分為數(shù)據(jù)接口和IO接口，其中數(shù)據(jù)接口的作用是向上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)；IO接口則是提供相機(jī)與上下游設(shè)備的信號(hào)交互，例如，可以使用輸入信號(hào)觸發(fā)相機(jī)拍照，相機(jī)輸出頻閃信號(hào)控制光源亮起等。三、接口1.數(shù)據(jù)接口1）千兆網(wǎng)（GigE）接口千兆以太網(wǎng)作為高速以太網(wǎng)技術(shù)之一，目前已成為工業(yè)圖像處理中的一項(xiàng)成熟技術(shù)。作為目前通用的數(shù)字接口，節(jié)省了大量的系統(tǒng)成本。千兆網(wǎng)接口工業(yè)相機(jī)遵循GigEVision協(xié)議，可與千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)定義的物理接口協(xié)同工作，清晰的邏輯設(shè)計(jì)可以使相機(jī)輕松集成到圖像處理程序中。GigEVision千兆以太網(wǎng)特性如下。（1）速度：1Gbit／s。（2）電纜長度：數(shù)據(jù)無損失情況下，無中繼傳輸最遠(yuǎn)可達(dá)100m，傳輸效率高。（3）線纜：超五類或六類網(wǎng)線。三、接口1.數(shù)據(jù)接口總結(jié)千兆網(wǎng)接口五個(gè)優(yōu)點(diǎn)如下：第一，千兆網(wǎng)可以匹配PC硬件上的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口。第二，在使用多個(gè)相機(jī)時(shí)，基礎(chǔ)信息較為容易配置。第三，傳輸距離長，可以滿足絕大部分機(jī)器視覺應(yīng)用場(chǎng)景。第四，具備一種特殊的供電方式-PoE供電，可在傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)，為相機(jī)提供直流供電，無需另接電源線，更加方便。第五，同樣的架設(shè)環(huán)境下，只需更換網(wǎng)卡和網(wǎng)線就可實(shí)現(xiàn)千兆到萬兆網(wǎng)的升級(jí)。盡管千兆網(wǎng)接口有如此多的好處，但還有一些局限性，例如，帶寬＜1Gbit／s，高分辨率的相機(jī)在千兆網(wǎng)環(huán)境下，幀率十分受限；UDP傳輸存在丟包的風(fēng)險(xiǎn)等。三、接口1.數(shù)據(jù)接口2）萬兆網(wǎng)（10GigE）接口除了傳統(tǒng)的千兆網(wǎng)以外，萬兆網(wǎng)接口（10GigEVision）也在以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的傳輸環(huán)境中有應(yīng)用，在搭配萬兆網(wǎng)采集卡和線纜環(huán)境后，整套環(huán)境能夠提供10倍于千兆網(wǎng)的帶寬，可以滿足市場(chǎng)高分辨率、高幀率的需求。與千兆網(wǎng)相同，用戶在不更改應(yīng)用程序軟件的情況下，可以將一臺(tái)兼容GigEVision的相機(jī)進(jìn)行更替，使軟件兼容更多型號(hào)相機(jī)，減少開發(fā)和維護(hù)成本。GigEVision萬兆以太網(wǎng)特性：（1）速度：10Gbit／s。（2）電纜長度：圖像無損失情況下，無中繼傳輸最遠(yuǎn)可達(dá)100米，傳輸效率高。（3）線纜：超六類網(wǎng)線。三、接口1.數(shù)據(jù)接口總結(jié)萬兆網(wǎng)接口四個(gè)優(yōu)點(diǎn)如下：第一，與千兆網(wǎng)類似，在使用多個(gè)相機(jī)時(shí)，其基礎(chǔ)信息容易配置。第二，傳輸距離長，無中繼傳輸可達(dá)100m，光纖則更長。第三，同樣支持PoE供電，可在傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)，還能為相機(jī)提供直流供電。第四，向下兼容千兆網(wǎng)等。雖然萬兆網(wǎng)接口比千兆網(wǎng)接口好很多，但是其局限性仍然在于UDP傳輸存在丟包的風(fēng)險(xiǎn)。三、接口1.數(shù)據(jù)接口3）USB接口USB3.0接口的理想帶寬是5Gbit/s，其具備即插即用，可熱插拔的優(yōu)勢(shì)，這為依賴于不同PC設(shè)置的應(yīng)用程序提供了可靠性和靈活性。同時(shí)，USB3.0端口。它能進(jìn)行直接內(nèi)存訪問（DMA）,能夠?qū)⒂糜跀?shù)據(jù)傳輸?shù)腃PU負(fù)載降至最低，這意味著將有更多的計(jì)算空間提供給數(shù)據(jù)庫和SDK軟件。此外，USB3.0可向下兼容USB2.0。USB3.0接口特性（1）速度：5Gbit/s。（2）電纜長度：圖像無損失情況下，最長可達(dá)3m，因此5m以上的USB線纜建議用光纖線。（3）線纜：MicroUSB3.0（B型）線纜。三、接口1.數(shù)據(jù)接口總結(jié)USB3.0接口三個(gè)優(yōu)點(diǎn)如下：第一，USB3.0是PC上標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口，無需另配采集卡，即插即用，便于使用。第二，具備低CPU負(fù)載，信號(hào)延遲和抖動(dòng)（實(shí)時(shí)功能），以及低能耗和掛起模式的能源管理等功能。第三，采用一根線纜解決方案（通過USB3.0電纜供電）。其局限性如下兩點(diǎn)：第一，USB3.0信號(hào)在線纜較長時(shí)會(huì)有衰減，一般建議使用3m內(nèi)線纜，所以5m以上的USB線纜建議用光纖線。第二，普通線纜的抗干擾能力比較弱。三、接口1.數(shù)據(jù)接口4）CameraLink接口CameraLink接口顧名思義，其研發(fā)理念就是專門針對(duì)工業(yè)相機(jī)的特殊應(yīng)用需求。因此，這種接口最大的優(yōu)點(diǎn)就是的傳輸速度較快。CameraLink接口還具有一個(gè)特點(diǎn)，相機(jī)生產(chǎn)商不生產(chǎn)相機(jī)的使用接口。因?yàn)樵摻涌诘墓I(yè)相機(jī)與其他接口的工業(yè)相機(jī)不同。其不同點(diǎn)就在于，CameraLink有配套的采集卡，用于圖像采集、圖像處理和軟件算法工作這些方面。換而言之，這種CameraLink接口的相機(jī)被分為兩個(gè)部分，其中一個(gè)部分是安裝在電腦主機(jī)上的采集卡，只要熟練掌握采集卡的使用，就可以輕松駕馭任何該接口的相機(jī)。三、接口1.數(shù)據(jù)接口總結(jié)CameraLink接口三個(gè)優(yōu)點(diǎn)如下：第一，CameraLink接口協(xié)議穩(wěn)定、標(biāo)準(zhǔn)，且具備高數(shù)據(jù)流。第二，采用一根線纜解決方案（CameraLink供電）。第三，有三種不同尺寸的連接件可供選擇，直連圖像數(shù)據(jù)延遲低。其局限性在于以下四點(diǎn)：第一，需要搭配CameraLink的圖像采集卡，外圍設(shè)備價(jià)格較高（采集器和線纜）。第二，線纜長度受限，通常使用的線纜長度僅為7m。第三，綜合環(huán)境架設(shè)復(fù)雜度較高。第四，不支持熱插拔。三、接口1.數(shù)據(jù)接口5）CoaXPress接口CoaXPress是一種非對(duì)稱的高速點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信數(shù)字接口標(biāo)準(zhǔn)，是專為機(jī)器視覺行業(yè)開發(fā)的一種數(shù)字接口規(guī)范。對(duì)于需要高分辨率成像以及圖像快速傳輸?shù)街鳈C(jī)的機(jī)器視覺應(yīng)用，該標(biāo)準(zhǔn)的高速高帶寬數(shù)據(jù)傳輸能力可謂理想的解決方案。該標(biāo)準(zhǔn)允許設(shè)備（如數(shù)字相機(jī)）通過單根同軸電纜連接到主機(jī)（如個(gè)人電腦中的數(shù)據(jù)采集設(shè)備），以高達(dá)6.25Gbit／s的速度傳輸數(shù)據(jù)。CoaXPress接口特性：（1）速度：CXP-6單通道最大傳輸速率可達(dá)到6.25Gbit/s,CXP-12可以升級(jí)到12.5Gbit/s。（2）長度：一般傳輸距離在35～105m，但不同供應(yīng)商、線纜傳輸距離會(huì)有不同。（3）線纜：CXP-6、CXP-12線纜，線纜的相機(jī)端采用DIN接口，采集卡端的接口需要根據(jù)采集卡型號(hào)來配套選擇?？墒褂?、2、4根CoaXPress線傳輸數(shù)據(jù)。三、接口1.數(shù)據(jù)接口總結(jié)CoaXPress接口四個(gè)優(yōu)點(diǎn)如下：第一，一線多用，包括圖像數(shù)據(jù)傳輸、相機(jī)信號(hào)控制、觸發(fā)信號(hào)以及電源供電等。第二、支持熱插拔，具備靈活的多相機(jī)方案，易用性和可靠性很高。第三，同時(shí)擁有高帶寬和遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)。第四，抗干擾能力強(qiáng)。但它還具有兩個(gè)局限性：第一，需要搭配特定的CoaXPress圖像采集卡，需搭配比CameraLink更高價(jià)的外部設(shè)備（采集器和線纜）。第二，綜合環(huán)境架設(shè)復(fù)雜度較高。三、接口2.IO接口IO接口又稱為輸入（Input）輸出（Output）接口，工業(yè)相機(jī)通過此接口與外界實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，系統(tǒng)接收的信號(hào)或數(shù)據(jù)是輸入，系統(tǒng)發(fā)送的信號(hào)或數(shù)據(jù)是輸出。當(dāng)輸入時(shí)是將人所做出的動(dòng)作信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸出時(shí)是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為人需要的動(dòng)作。2.2鏡頭

隨著機(jī)器視覺在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，相機(jī)作為機(jī)器人的“眼睛”愈發(fā)受到重視。但我們經(jīng)常所提到的工業(yè)相機(jī)是不包括鏡頭部分的，相當(dāng)于裸機(jī)。鏡頭是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，其性能的優(yōu)劣將對(duì)圖像的質(zhì)量產(chǎn)生重要的影響，并在定位工件與檢測(cè)缺陷等方面發(fā)揮著重要的作用。

一顆鏡頭是由內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部形狀的有機(jī)結(jié)合。首先，從鏡頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來講，鏡頭里包括組合結(jié)構(gòu)的多枚透鏡、光圈。透鏡組包含不同種類，厚薄不一的透鏡，但是鏡頭的成像品質(zhì)并不與內(nèi)部透鏡的多少有關(guān)系。在某種程度上，單一透鏡的定焦頭的成像質(zhì)量更好。光圈在鏡頭內(nèi)部是用來控制進(jìn)光量的多少的裝置。光圈由多枚葉片構(gòu)成一個(gè)圓形卡口，通過光圈葉片的開合控制圖像感應(yīng)器接收的光亮量。

其次，鏡頭的外部配有變焦環(huán)、對(duì)焦環(huán)、對(duì)焦距離等設(shè)置。變焦環(huán)是針對(duì)變焦鏡頭而言的，定焦鏡頭沒有變焦環(huán)，調(diào)節(jié)變焦環(huán)可改變鏡頭視角，畫面景別可自由變換。對(duì)焦環(huán)被調(diào)節(jié)時(shí)，內(nèi)部鏡頭相應(yīng)移動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)焦。對(duì)焦距離，不同焦段或焦段區(qū)間的鏡頭都有對(duì)焦距離參數(shù)，這些參數(shù)都會(huì)被印刷在鏡頭上。在拍攝中，需要記住每一個(gè)鏡頭的最小對(duì)焦距離，過于湊近被攝物至超出最小距離將無法對(duì)焦。

如果將機(jī)器視覺系統(tǒng)與人類視覺系統(tǒng)進(jìn)行類比，那么相機(jī)的傳感器芯片就如同人的視網(wǎng)膜，而鏡頭則相當(dāng)于眼睛內(nèi)的晶狀體。各種現(xiàn)實(shí)世界中的圖像都通過這個(gè)“晶狀體”對(duì)光線進(jìn)行變換（匯聚）后，投射在"視網(wǎng)膜”上。機(jī)器視覺成像系統(tǒng)使用的鏡頭通常由凸透鏡和凹透鏡結(jié)合設(shè)計(jì)而成。將兩種透鏡結(jié)合使用，在校正各種像差和失真后，設(shè)計(jì)出具有不同結(jié)構(gòu)和技術(shù)指標(biāo)的復(fù)合鏡頭系統(tǒng)。鏡頭包涵了許多專業(yè)術(shù)語，如視場(chǎng)角、光圈、焦距、景深、失真等，接下來將對(duì)鏡頭的一系列術(shù)語和參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)說明。一、視場(chǎng)角視場(chǎng)角的定義是，以光學(xué)儀器的鏡頭為頂點(diǎn)，以被測(cè)目標(biāo)的物像可通過鏡頭的最大范圍的兩條邊緣構(gòu)成的夾角稱為視場(chǎng)角，如圖2-5所示。視場(chǎng)角的大小決定了機(jī)器視覺中相機(jī)的視野范圍。即同等條件下，視場(chǎng)角大的，相機(jī)拍到的范圍更廣闊。圖2-5視場(chǎng)角示意圖二、光圈光圈是一種設(shè)置在鏡頭內(nèi)部的裝置用來控制進(jìn)入鏡頭的光線量。簡(jiǎn)而言之，在外界光線充足陽光明媚的時(shí)候，光圈可以阻止一部分光線進(jìn)入鏡頭，使畫面不至于曝光過度；而在外界光線不足的時(shí)候，光圈可以通過擴(kuò)大的方式多放入一部分光線進(jìn)入鏡頭，從而使得到的畫面不至于太昏暗。之所以需要光圈這個(gè)裝置，是因?yàn)殓R頭拍照時(shí)不能通過改變鏡頭的直徑來控制光線的量。光圈的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，實(shí)際上就是由幾片排列成中間透光的極薄的金屬片組成。通過改變這幾片金屬片的位置，從而改變中間孔的大小達(dá)到控制透光量的效果，如圖2-6所示。所以光圈開的越大，進(jìn)入的光線也就越多。光圈參數(shù)用F來表示，F(xiàn)后面的數(shù)字越小，透光越多，圖片越明亮。圖2-6光圈結(jié)構(gòu)示意圖三、焦距眾所周知物理中，平行光穿過凸透鏡后會(huì)匯聚于一點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)稱為焦點(diǎn)（F）。而焦距是指，焦點(diǎn)到凸透鏡中心點(diǎn)（光心用O表示）的距離，用f表示，如圖2-7所示。換而言之，焦距是當(dāng)凸透鏡作為相機(jī)的鏡頭時(shí)，凸透鏡的中心點(diǎn)到底片或者傳感器等成像平面的距離。而最清晰的像總是呈現(xiàn)在略大于焦距的位置，這個(gè)位置到光心的距離稱為像距。具體像距為多少，取決于被測(cè)物體到鏡頭光心的距離（物距），這個(gè)隨著物距調(diào)整像距的過程稱為調(diào)焦。圖2-7焦距示意圖四、景深當(dāng)調(diào)焦完成時(shí)，物距的點(diǎn)所在位置的垂直于鏡頭軸線的整個(gè)平面的點(diǎn)，在膠片或者傳感器上都是成像絕對(duì)清晰的，除此之外，物距前后不遠(yuǎn)位置的垂直平面的一些點(diǎn)也可以在膠片或者傳感器上呈現(xiàn)人眼可以接受較為清晰的像點(diǎn)，把物距前后這兩個(gè)平面的距離稱為景深，如圖2-8所示。圖2-8景深示意圖四、景深我們把小于物距的平面到物距的距離稱為前景深，把大于物距的平面到物距的距離稱為后景深，即景深=前景深+后景深，如圖2-8所示。圖2-8景深示意圖1.前景深和后景深四、景深在鏡頭焦點(diǎn)前，光線開始聚集，形成一個(gè)擴(kuò)大的圓。在鏡頭焦點(diǎn)后，光線開始發(fā)散，也形成一個(gè)擴(kuò)大的圓。這兩種圓都叫彌散圓。這個(gè)彌散圓的圖像實(shí)際來講是不清晰的，但在一種情況下被理解為清晰，是當(dāng)彌散圓的直徑小于人眼的鑒別能力的時(shí)候。這種被理解為清晰的彌散圓中的最大直徑的彌散圓被稱為容許彌散圓（permissiblecircleofconfusion）。所以在焦點(diǎn)的前后各有一個(gè)容許彌散圓。從焦點(diǎn)到鏡頭方向的容許彌散圓的距離稱為前焦深，從焦點(diǎn)到遠(yuǎn)離鏡頭方向的容許彌散圓叫后焦深。前焦深+后焦深=焦深，如圖2-8所示。圖2-8景深示意圖2.前焦深和后焦深五、失真失真本身是指信號(hào)在傳遞的過程中與原信號(hào)相比發(fā)生的偏差。在光學(xué)系統(tǒng)中是指圖像與物體本身的偏差程度，鏡頭失真也叫鏡頭畸變。根據(jù)圖像的變形方向分為桶形失真和枕形失真，如圖2-9所示。其中桶形失真特點(diǎn)是對(duì)角線縮短，向內(nèi)收斂，整個(gè)畫面近似水桶狀。枕形失真特點(diǎn)是對(duì)角線延長，向外伸展，整個(gè)畫面近似枕頭狀。值得注意的是，鏡頭失真只是引起圖像的形變，而對(duì)其清晰度并無影響。另外，其失真還可以通過后期的算法矯正完成部分還原。圖2-9失真對(duì)比圖（左為正常圖像，中為桶形失真，右為枕形失真）六、分類1.按基本種類分（1）變焦鏡頭：可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整焦距。（2）定焦鏡頭：不能調(diào)整焦距，適用于固定拍攝。2.按焦段分（1）標(biāo)準(zhǔn)鏡頭：焦距和底片長度是基本相同的，視場(chǎng)角在40度到55度之間。（2）廣角鏡頭：焦距小于底片長度，視場(chǎng)角一般在60度以上。視場(chǎng)角在80度到110度之間稱為超廣角。廣角鏡頭常用于監(jiān)控整個(gè)廠房。（3）長焦鏡頭：又稱遠(yuǎn)攝鏡頭、望遠(yuǎn)鏡頭，焦距大于底片長度。七、接口鏡頭接口種類眾多，常用的一般有C接口、CS接口、F接口、M42接口、M72接口等，接口類型的不同和工業(yè)相機(jī)鏡頭性能、質(zhì)量并無直接關(guān)系，僅僅是接口方式不一樣，不同的接口是為了適應(yīng)不同的相機(jī)芯片尺寸。且現(xiàn)在業(yè)內(nèi)對(duì)于光學(xué)鏡頭接口也已形成了標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范，可以分為螺口與卡口兩大類。七、接口螺口類型主要包含M42*1、M58*0.75、M72*0.75、M90*1、M95*1、C接口（后截距17.5mm）、CS接口（后截距12.5mm）等。1）M系列接口以M42*1接口為例（圖2-10），這個(gè)接口對(duì)應(yīng)的數(shù)字42，指的是接口直徑是42mm。使用選型時(shí)，通常是根據(jù)相機(jī)光學(xué)尺寸的不同，選配不同直徑大小的鏡頭。這類接口直接通過螺紋連接到相機(jī)上，連接較為方便。圖2-10M42*1接口相機(jī)1.螺口七、接口2）C、CS接口C接口（圖2-11）和CS接口是工業(yè)相機(jī)最常見的國際標(biāo)準(zhǔn)接口，且非常相似，它們的接口直徑、螺紋間距都是一樣的，區(qū)別在于C型接口的后截距為17.5mm，CS型接口的后截距為12.5mm。因此對(duì)于CS接口的相機(jī)，如果想要接入C接口的鏡頭，只需要一個(gè)5mm厚的CS-C轉(zhuǎn)接環(huán)。但C型接口的工業(yè)相機(jī)不能用CS接口的鏡頭。圖2-11C接口相機(jī)1.螺口七、接口1）F接口F接口鏡頭是尼康鏡頭的接口標(biāo)準(zhǔn)，所以又稱尼康口，也是工業(yè)相機(jī)中常用的類型（圖2-12）。2）V接口V接口鏡頭是著名的專業(yè)鏡頭品牌Schneider鏡頭所主要使用的標(biāo)準(zhǔn)，一般也用于工業(yè)相機(jī)靶面較大或特殊用途的鏡頭。圖2-12F接口相機(jī)2.卡口2.3光源

光源這種照明系統(tǒng)是相機(jī)拍出的圖像質(zhì)量的決定性因素。擁有好的光源，拍出的圖片可以大大減少后期的圖像處理難度；反之，當(dāng)光源不當(dāng)時(shí)，過度曝光會(huì)導(dǎo)致物品的細(xì)節(jié)不清晰，后期再對(duì)這個(gè)圖像進(jìn)行算法處理時(shí)候的難度也大大增加了。

光源的作用有如下四點(diǎn)：第一，凸顯被測(cè)物體的重要特征；第二，盡量消除隱藏被測(cè)物體不關(guān)注的部分；第三，降低后期圖像處理難度；第四，保證圖像清晰穩(wěn)定抓拍細(xì)節(jié)。因此，光源是機(jī)器視覺系統(tǒng)中不可忽略的一個(gè)重要部分。下面將重點(diǎn)從顏色和分類兩個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)介紹。一、顏色

常見的機(jī)器視覺光源顏色有紅色、綠色、藍(lán)色、白色、紅外、紫外等。物理學(xué)中了解到，光照在物體上，物體只反射與自身顏色相同的光，所以在選擇光源的顏色時(shí)候，必須充分考慮物體顏色。例如拍攝一件綠色工件，用紅色光源照射相機(jī)就不能拍出細(xì)節(jié)全面的圖像。用相同色系的光會(huì)使圖像變亮，相反色系的光會(huì)使圖像變暗。相鄰色和互補(bǔ)色，見圖2-13，相鄰色是在色環(huán)上相鄰/同種的顏色，疊加后在黑白相機(jī)中呈現(xiàn)淺色?；パa(bǔ)色是在色環(huán)上相對(duì)的顏色，疊加后在黑白相機(jī)中呈現(xiàn)深色。圖2-13相鄰色和互補(bǔ)色示意圖一、顏色1.機(jī)器視覺中光的顏色介紹

（1）白色光：機(jī)器視覺中白色光分為冷、暖、中間色調(diào)顏色，通常在拍攝彩色圖像時(shí)使用此類光源效果較好，如果對(duì)于彩色圖像中某一部分有特殊需求，可以另做相關(guān)操作。

（2）藍(lán)光：三原色光中的其中一種，比較適用于銀色背景下的目標(biāo)物的打光。

（3）紅光：同屬于三原色光中的一種，可以透過一些比較暗的物體，也可以根據(jù)顏色的吸收等不同的方法，實(shí)現(xiàn)不同打光效果，突出檢測(cè)目標(biāo)的特征，并且紅色光源能夠提高對(duì)比度。

（4）綠光：主要針對(duì)于紅色背景、銀色背景，并且在3C應(yīng)用中，傳送帶多數(shù)為綠色。

（5）紅外光：屬于不可見光之一，透過力強(qiáng)，對(duì)于塑料穿透性好，可以將封裝好的金屬電路等內(nèi)部元件顯示出來，在此種應(yīng)用場(chǎng)景下，效果和X射線一樣好，且對(duì)于人體無傷害。

（6）紫外光：屬于不可見光之一，波長較短，且穿透力強(qiáng)，主要應(yīng)用于證件檢測(cè)，觸摸屏ITO檢測(cè)，點(diǎn)膠溢膠檢測(cè)，金屬表面劃痕檢測(cè)等。

（7）X-ray激光：波長短，穿透性好，可以用于透視檢測(cè)、輪轂劃痕及裂紋檢測(cè)等。一、顏色2.可見光的三原色

光的三原色包括R、G、B（紅、綠、藍(lán)）三種顏色的光，生活中以及工業(yè)視覺中不同顏色的光均可以通過以上三種光進(jìn)行合成，如下：紅+綠=黃紅+藍(lán)=青紅+綠+藍(lán)=白且紅、綠、藍(lán)三種顏色均不能被再次分解，適用這三種顏色基本可以形成所有的顏色。如下示例圖2-14所示的加色規(guī)律：圖2-14紅、綠、藍(lán)加色規(guī)律二、分類1.種類

1）環(huán)形光源環(huán)形光源采用高柔性基板材質(zhì)，獨(dú)特的制作方法，可以任意角度彎曲，以構(gòu)成具有最佳外徑、內(nèi)徑和照射角度的照明系統(tǒng)。特點(diǎn)：360度照射無死角，照射角度、顏色組合設(shè)計(jì)靈活；能夠突出物體的三維信息；應(yīng)用場(chǎng)景：PCB基板檢測(cè)、IC元件檢測(cè)、電子元件檢測(cè)、集成電路字符檢測(cè)、通用外觀檢測(cè)等機(jī)器視覺場(chǎng)景應(yīng)用。外觀如圖2-15所示，通過環(huán)形光源衍生出了弧形光源、高亮環(huán)形光源、環(huán)形無影光源等。圖2-15環(huán)形光源二、分類1.種類

2）條形光源條形光源采用鋁合金一體成型設(shè)計(jì)，產(chǎn)品精度高，一致性好；具備良好的散熱效果，并有多種靈活的安裝方式，便于安裝與使用。特點(diǎn)：發(fā)光面尺寸，顏色組合設(shè)計(jì)靈活；照射角度以及安裝角度可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用情況隨意調(diào)整；條形光纖具有一定的指向性，光源漫射板可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求拆除或者自行安裝，且多個(gè)條光能夠組合使用，條光組合或者單個(gè)條光是較大方形結(jié)構(gòu)被測(cè)物打光的首選。應(yīng)用場(chǎng)景：金屬表面檢測(cè)、各種字符讀取檢測(cè)、圖像掃描、LCD面板檢測(cè)等外觀如圖2-16所示，能夠從條形光源中衍生出高亮條光、高均勻條光、集成高亮條光等；圖2-16條形光源二、分類1.種類

3）同軸光源同軸光源主要由高密度LED和分光鏡組成。LED發(fā)出光經(jīng)過分光鏡后，跟CCD和相機(jī)在同一軸線上，可以有效消除圖像的重影，適合光潔物體表面劃痕的檢測(cè)。特點(diǎn)：可以消除被測(cè)物表面不平整引起的陰影；并且通過分光鏡的設(shè)計(jì)，能夠提高成像的清晰度。應(yīng)用場(chǎng)景：光滑表面劃傷檢測(cè)、芯片以及硅晶片破損檢測(cè)、Mark點(diǎn)定位、條碼識(shí)別等場(chǎng)景。外觀如圖2-17所示，能夠從同軸光源中衍生出轉(zhuǎn)角同軸光源和飛拍同軸光源等。圖2-17同軸光源二、分類1.種類

4）圓頂光源（穹頂系列）圓頂光源是一種高均勻性的光源，由高亮度貼片LED發(fā)出的光經(jīng)過球面漫反射后形成均勻的光線。適合檢測(cè)表面反光、起伏不平的物體。特點(diǎn)：半球結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，空間360°漫反射，光線打到被拍攝物上很均勻。應(yīng)用場(chǎng)景：曲面、弧形表面的檢測(cè)場(chǎng)景，表面存在凹凸的檢測(cè)場(chǎng)景，金屬以及玻璃等表面反光強(qiáng)烈的物體表面檢測(cè)場(chǎng)景等。外觀如圖2-18所示，能夠從穹頂系列光源衍生出拱形光源以及燈箱光源等。圖2-18圓頂光源二、分類1.種類

5）面光源特點(diǎn)：高密度LED燈陣列排布，表面是光學(xué)擴(kuò)散材料，面光源發(fā)出的是均勻的擴(kuò)散光，并且顏色組合以及尺寸等均可選，且可以定制。應(yīng)用場(chǎng)景：零件尺寸測(cè)量場(chǎng)景、電子元器件外形檢測(cè)、透明物體的劃痕檢測(cè)以及污點(diǎn)檢測(cè)等。外觀如圖2-19所示。圖2-19面光源二、分類2.選擇選擇機(jī)器視覺的光源，應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：1）亮度在兩種光源中選擇時(shí)，最佳的選擇是更亮的那個(gè)。當(dāng)光源不夠亮?xí)r，可能有三種不好的情況會(huì)出現(xiàn)。（1）工業(yè)相機(jī)的信噪比不夠；由于光源的亮度不夠，圖像的對(duì)比度必然不夠，在圖像上出現(xiàn)噪聲的可能性也隨即增大。（2）光源的亮度不夠，必然要加大光圈，從而減小了景深。（3）當(dāng)光源的亮度不夠的時(shí)候，自然光等隨機(jī)光對(duì)系統(tǒng)的影響會(huì)最大。二、分類2.選擇

2）光源均勻性不均勻的光會(huì)造成不均勻的反射。均勻關(guān)系到三個(gè)方面。（1）對(duì)于視野，在攝像頭視野范圍部分應(yīng)該是均勻的。簡(jiǎn)單的說，圖像中暗的區(qū)域就是缺少反射光，而亮點(diǎn)就是此處反射太強(qiáng)了。（2）不均勻的光會(huì)使視野范圍內(nèi)部分區(qū)域的光比其他區(qū)域多。從而造成物體表面反射不均勻（假設(shè)物體表面的對(duì)光的反射是相同的）。（3）均勻的光源會(huì)補(bǔ)償物體表面的角度變化，即使物體表面的幾何形狀不同，光源在各部分的反射也是均勻的。二、分類2.選擇

3）光譜特征光源的顏色及測(cè)量物體表面的顏色決定了反射到攝像頭的光能的大小及波長。白光或某種特殊的光譜在提取其他顏色的特征信息時(shí)可能使比較重要的因素。當(dāng)分析多顏色特征的時(shí)候，選擇光源的時(shí)候，色溫是一個(gè)比較重要的因素。4）壽命特性光源一般需要持續(xù)使用。為使圖像處理保持一致的精確，視覺系統(tǒng)必須保證長時(shí)間獲得穩(wěn)定一致的圖像。5）對(duì)比度對(duì)比度對(duì)機(jī)器視覺來說非常重要。機(jī)器視覺應(yīng)用的照明的最重要的任務(wù)就是使需要被觀察的特征與需要被忽略的圖像特征之間產(chǎn)生最大的對(duì)比度，從而易于特征的區(qū)分。對(duì)比度定義為在特征與其周圍的區(qū)域之間有足夠的灰度量區(qū)別。好的照明應(yīng)該能夠保證需要檢測(cè)的特征突出于其他背景。2.4圖像采集卡

圖像采集卡又名圖像捕捉卡，是相機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的重要連接組件，如圖2-21所示。它的主要作用是，把相機(jī)捕捉到的模擬信號(hào)或者數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為所需的圖像數(shù)據(jù)流發(fā)送給計(jì)算機(jī)端。并不是所有的情況都用到圖像采集卡，需要考慮工業(yè)相機(jī)接口型號(hào)。例如，CameraLink接口需要圖像采集卡，但網(wǎng)口、USB3.0接口等，不需要圖像采集卡，因?yàn)檫@些接口的采集卡已經(jīng)集成到計(jì)算機(jī)端?？傮w而言，需要圖像采集卡的項(xiàng)目往往對(duì)接口的傳輸速度要求很高。圖2-21圖像采集卡一、種類

（1）按接收信號(hào)的種類分類，可以分為模擬信號(hào)圖像采集卡和數(shù)字信號(hào)圖像采集卡。（2）按接口的適用性，可以分為專用接口（如CameraLink、模擬視頻接口等）采集卡和通用接口采集卡（如GigE、USB3.0等）。（3）按支持的顏色，可以分為彩色圖像采集卡和黑白圖像采集卡。（4）按其性能作用，可以分為電視卡、圖像采集卡、DV采集卡、電腦視頻卡、監(jiān)控采集卡、多屏卡、流媒體采集卡、分量采集卡、高清采集卡、筆記本采集卡、DVR卡、VCD卡、非線性編輯卡（簡(jiǎn)稱非編卡）。二、參數(shù)

1.圖像傳輸接口與數(shù)據(jù)格式圖像采集卡的傳輸接口需與所選用相機(jī)一致。大多數(shù)攝像機(jī)采用RS422或EIA644（LVDS）作為輸出信號(hào)格式。在數(shù)字相機(jī)中，IEEE1394、USB2.0和CameraLink幾種圖像傳輸形式得到了廣泛應(yīng)用。若選用數(shù)字制式，還必須考慮相機(jī)的數(shù)字位數(shù)。2.圖像格式（像素格式）1）黑白圖像通常情況下，圖像灰度等級(jí)可分為256級(jí)，即以8位表示。在對(duì)圖像灰度有更精確要求時(shí)，可用10位、12位等來表示。2）彩色圖像彩色圖像可由RGB（YUV）3種色彩組合而成，根據(jù)其亮度級(jí)別的不同有8-8-8、10-10-10等格式。二、參數(shù)

3.傳輸通道數(shù)當(dāng)攝像機(jī)以較高速率拍攝高分辨率圖像時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高的輸出速率，這一般需要多路信號(hào)同時(shí)輸出，圖像采集卡應(yīng)能支持多路輸入。一般情況下，有1路、2路、4路、8路輸入等。隨著科技的不斷發(fā)展和行業(yè)的不斷需求，路數(shù)更多的采集卡也出現(xiàn)在市面上。4.分辨率采集卡能支持的最大點(diǎn)陣反映了其分辨率的性能。一般采集卡能支持768x576點(diǎn)陣，而性能優(yōu)異的采集卡支持的最大點(diǎn)陣可達(dá)64kx64k。單行最大點(diǎn)數(shù)和單幀最大行數(shù)也可反映采集卡的分辨率性能。同三維推出的采集卡能達(dá)到1920x1080分辨率。5.采樣頻率采樣頻率反映了采集卡處理圖像的速度和能力。在進(jìn)行高度圖像采集時(shí)，需要注意采集卡的采樣頻率是否滿足要求。高檔的采集卡采樣頻率可達(dá)65MHz。6.傳輸速率主流圖像采集卡與主板間都采用PCI接口，其理論傳輸速度為132MB／s。三、選擇

選擇圖像采集卡之前，要明確項(xiàng)目的功能需求，如分辨率、傳輸速率等要求，以及相機(jī)的詳細(xì)參數(shù)。圖像采集卡的選型應(yīng)當(dāng)與相機(jī)匹配，主要指以下幾個(gè)方面的匹配。1.支持的接口模式如CameraLink接口的相機(jī)支持的模式有Base模式、Medium模式、Full模式，那么圖像采集卡在選擇時(shí)也應(yīng)當(dāng)與相機(jī)的模式匹配。在實(shí)際項(xiàng)目中曾發(fā)現(xiàn)，如果相機(jī)選擇Base模式，而圖像采集卡選用Full模式，會(huì)造成圖像數(shù)據(jù)的丟失或缺色。2.支持的分辨率在選擇時(shí)應(yīng)考慮圖像采集卡的分辨率是否能滿足輸入圖像的要求。3.其他應(yīng)當(dāng)考慮硬件的可靠性，如有沒有過電壓保護(hù)、散熱性能如何等。除了硬件外，還要考慮配套軟件的易用性。圖像采集卡一般都有配套的開發(fā)包，如SDK、開發(fā)平臺(tái)等，可根據(jù)開發(fā)者的經(jīng)驗(yàn)和偏好進(jìn)行選擇。THANKS項(xiàng)目三硬件選型在機(jī)器視覺中，機(jī)器能夠代替人眼進(jìn)行測(cè)量和判斷，而測(cè)量和判斷的核心是對(duì)信息的基礎(chǔ)——像素，進(jìn)行處理。像素是用數(shù)字序列標(biāo)識(shí)圖像的最小單位，即由圖像的小方格組成的，這些小方塊都有一個(gè)明確的位置和被分配的色彩數(shù)值，小方格顏色和位置就決定該圖像所呈現(xiàn)出來的樣子。要想獲得合適的像素，則要選擇合適的硬件。機(jī)器視覺的硬件主要包括相機(jī)、鏡頭、光源三部分。在機(jī)器視覺系統(tǒng)中，相機(jī)、鏡頭、光源的選型非常重要，如果事先既未確定相機(jī)又未確定鏡頭，則需要先了解項(xiàng)目工作環(huán)境對(duì)相機(jī)安裝（工作距離）、要檢測(cè)的最大范圍（視場(chǎng)）、最小特征的尺寸和代表它的像素?cái)?shù)的要求，然后根據(jù)這些條件來計(jì)算應(yīng)使用何種相機(jī)和鏡頭，具體流程如圖3-1所示。圖3-1機(jī)器視覺相機(jī)、鏡頭選型流程3.1選擇相機(jī)一、CCD相機(jī)與CMOS相機(jī)選型如果拍攝目標(biāo)是靜態(tài)不動(dòng)的，為了節(jié)約成本，可以考慮使用CMOS相機(jī)，而如果目標(biāo)是運(yùn)動(dòng)的，則優(yōu)先考慮CCD相機(jī)。如果是需要很高的采集速度，可以考慮CMOS相機(jī)，因?yàn)镃MOS相機(jī)的采集速度會(huì)優(yōu)于CCD。如果需要高質(zhì)量的圖像，如進(jìn)行尺寸測(cè)量，可以考慮CCD，在小尺寸的傳感器里，CCD的成像質(zhì)量還是要優(yōu)于CMOS的。CCD工業(yè)相機(jī)主要應(yīng)用在運(yùn)動(dòng)物體的圖像提取，在視覺自動(dòng)檢查的方案或行業(yè)中一般用CCD工業(yè)相機(jī)比較多。隨著CMOS技術(shù)的發(fā)展，CMOS工業(yè)相機(jī)由于成本低，功耗低也應(yīng)用越來越廣泛。二、面陣相機(jī)與線陣相機(jī)選型如果對(duì)于檢測(cè)精度要求很高，運(yùn)動(dòng)速度很快，面陣相機(jī)的分辨率和幀率達(dá)不到要求的情況下，線陣相機(jī)是必然的選擇。三、彩色相機(jī)與黑白相機(jī)選型如果黑白相機(jī)與彩色相機(jī)的分辨率相同，則黑白相機(jī)的精度更高，尤其是在看圖像邊緣的時(shí)候，黑白相機(jī)的效果更好，特別是做圖像處理時(shí)，黑白工業(yè)相機(jī)得到的灰度信息可以直接處理。四、2D相機(jī)與3D相機(jī)選型如果測(cè)量的是平面，不需要測(cè)量高度，使用2D相機(jī)即可。五、其他參數(shù)工業(yè)相機(jī)的前面用來接鏡頭的部分都有專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)接口。相機(jī)的后面一般會(huì)有兩個(gè)接口，一個(gè)是電源接口，一個(gè)是數(shù)據(jù)接口。工業(yè)相機(jī)的接口分為：USB2.0/3.0、CameraLink、Gige、1394a/1394b、CoaXPress等類型的接口。1.接口五、其他參數(shù)表3-1將不同類型的接口對(duì)比，根據(jù)要求不同，選擇不同的接口。1.接口接口類型USB2.0USB3.0GigeCameraLink1394a1394bCoaXPress速度(Mbit/s）48048001000640040080025600(4根)傳輸距離5m10m100m10m4.5m4.5m＞100m成本低低低高低中低優(yōu)點(diǎn)1.支持熱拔熱插2.使用便捷3.標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一4.可連接多個(gè)設(shè)備5.相機(jī)可通過USB線纜供電1.拓展性好2.經(jīng)濟(jì)性好3.可管理維護(hù)性4.廣泛應(yīng)用1.高速率2.抗干擾能力強(qiáng)3.功耗低1.高速率2.支持熱插拔3.數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性4.采用總線結(jié)構(gòu)5.即插即用1.數(shù)據(jù)傳輸量大2.傳輸距離長3.可選擇傳輸距離和傳輸量4.價(jià)格低廉，易集成5.支持熱插拔缺點(diǎn)1.沒有標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議2.主從結(jié)構(gòu)，CPU占用率高3.貸款沒有保證1.CPU占用率高2.對(duì)主機(jī)的配置要求高1.價(jià)格高2.線中不帶供電長距離傳輸線纜較貴/五、其他參數(shù)2.分辨率分辨率的選擇，首先根據(jù)目標(biāo)物體的精度要求選擇分辨率。其次看工業(yè)相機(jī)的輸出，若是用及其軟件分析識(shí)別，分辨率越高越有幫助；若是需要視頻輸出至顯示器上觀察，則依賴于顯示器的分辨率，工業(yè)相機(jī)的分辨率再高，顯示器分辨率不夠也是沒有意義的；若是需要將圖像實(shí)時(shí)保存下來，還需要綜合服務(wù)器的存儲(chǔ)速率來考慮工業(yè)相機(jī)的分辨率。五、其他參數(shù)3.像素深度每位像素?cái)?shù)據(jù)的位數(shù)，常見的是8bit，10bit，12bit。分辨率和像素深度共同決定了圖像的大小。例如對(duì)于像素深度為8bit的500萬像素，則整張圖片應(yīng)該有500萬*8/1024/1024=37M（1024Byte=1KB，1024KB=1M）。增加像素深度可以增強(qiáng)測(cè)量的精度，但同時(shí)也降低了系統(tǒng)的速度，并且提高了系統(tǒng)集成的難度（線纜增加，尺寸變大等）。五、其他參數(shù)4.高速運(yùn)動(dòng)抓拍要求經(jīng)常會(huì)有項(xiàng)目需要抓拍高速運(yùn)動(dòng)物體，而普通工業(yè)相機(jī)拍攝的圖像會(huì)出現(xiàn)拉毛、模糊、變形等影響圖像質(zhì)量的問題，在拍攝圖像時(shí)，圖像模糊現(xiàn)象的出現(xiàn)取決于曝光時(shí)間的長短與物體的運(yùn)動(dòng)速度。如果曝光時(shí)間過長，物體運(yùn)動(dòng)速度過快則會(huì)出現(xiàn)圖像模糊。拍攝物體為運(yùn)動(dòng)物體應(yīng)選擇全局快門（Globalshutter)的工業(yè)相機(jī)，且需要選擇幀率大于運(yùn)動(dòng)速度的工業(yè)相機(jī)。1）曝光時(shí)間要滿足物體運(yùn)動(dòng)速度Vp*曝光時(shí)間Ts＜允許最長拖影S。運(yùn)動(dòng)速度比較快的物體拍照，為了防止長的拖影就需要極短的曝光時(shí)間，選用感光比較好的工業(yè)相機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)。2）幀率指標(biāo)幀率即相機(jī)每秒鐘可以捕捉的圖像數(shù)量，一般決定于圖像大小、曝光時(shí)間等，是相機(jī)的一個(gè)重要指標(biāo)。相機(jī)幀率必須保證能夠拍攝到系統(tǒng)要求時(shí)間間隔最短的兩張圖片，處理圖像的時(shí)間一定要快，一定要在相機(jī)的曝光和傳輸?shù)臅r(shí)間內(nèi)完成，否則就有可能造成丟幀等現(xiàn)象，進(jìn)而漏檢某些產(chǎn)品。五、其他參數(shù)5.精度精度指一個(gè)像素表示實(shí)際物體的大小，用（um*um）/pixel表示。需要注意的是，像元尺寸并不等于精度，像元尺寸是相機(jī)機(jī)械構(gòu)造時(shí)固定的，而精度與相機(jī)視野有關(guān)，是變化的。精度值越小，精度越高。單個(gè)像素對(duì)應(yīng)的大小=視野寬/寬度分辨率=視野高/高度分辨率考慮到相機(jī)邊緣視野的畸變以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求，一般不會(huì)只用一個(gè)像素單位對(duì)應(yīng)一個(gè)測(cè)量精度值，有時(shí)候根據(jù)光源的不同會(huì)提高計(jì)算的值，使用背光源的精度為1~3個(gè)像素，使用正光源的精度為3~5個(gè)像素：例如：使用500W像素相機(jī)分辨率為2500*2000視野為100mm*80mm單個(gè)像素對(duì)應(yīng)大小=0.04mm背光的精度為0.04mm~0.12mm正光的精度為0.12mm~0.20mm注意這里的意思，也就是說當(dāng)我們已知精度去計(jì)算分辨率時(shí)，往往要選擇比計(jì)算值更大的分辨率相機(jī)，才能滿足要求。五、其他參數(shù)6.選型基本原則當(dāng)視野大小即檢測(cè)目標(biāo)大小一定時(shí)（選相機(jī)時(shí)一般將目標(biāo)大小視為視野大小），相機(jī)分辨率越大，精度越高，圖像分辨率也越大；當(dāng)視野大小不確定時(shí)，不同分辨率相機(jī)也能達(dá)到同樣的精度，這時(shí)選擇大像素相機(jī)可以擴(kuò)大視野范圍，減少拍攝次數(shù)，提高測(cè)試速度。若1個(gè)是1百萬像素，另1個(gè)是3百萬像素，當(dāng)清晰度相同（精度均為20um/pixel）,第1個(gè)相機(jī)的FOV是20mm×20mm＝400平方mm，第二個(gè)相機(jī)的FOV是1200平方mm,拍攝生產(chǎn)線上同樣數(shù)量的目標(biāo)，假設(shè)第1個(gè)相機(jī)要拍攝30個(gè)圖像，第2個(gè)相機(jī)則只需拍攝10個(gè)圖像就可以了。3.2選擇鏡頭為什么需要鏡頭？鏡頭等同于針孔成像中針孔的作用，所不同的是，一方面鏡頭的透光孔徑比針孔大很多倍，能在同等時(shí)間內(nèi)接納更多的光線，使相機(jī)能在很短時(shí)間內(nèi)（毫秒到秒級(jí)）獲得適當(dāng)?shù)钠毓?；另一方面，鏡頭能夠聚集光束，可以在相機(jī)膠片上產(chǎn)生比針孔成像效果更為清晰的影像。在鏡頭選型時(shí)，主要是根據(jù)鏡頭的相關(guān)參數(shù)。與鏡頭相關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)有鏡頭分辨率、焦距、最小工作距離、最大像面、視場(chǎng)/視場(chǎng)角、景深、光圈和相對(duì)孔徑及其安裝接口類型等。一、鏡頭分辨率

鏡頭的空間分辨率、相機(jī)像素分辨率和相機(jī)的空間分辨率、系統(tǒng)空間分辨率和系統(tǒng)分辨率是幾個(gè)極容易混淆的概念。鏡頭空間分辨率表示它的空間極限分辨能力，常用拍攝正弦光柵的方法來測(cè)試。如果從信號(hào)處理的角度來看，任何非周期圖像信號(hào)都可以被看作周期圖像（或子圖像）的疊加，而任何周期圖像又都可以被分解為亮度按正弦變化的圖形的疊加。因此，通過研究鏡頭對(duì)亮度按正弦變化圖形的反應(yīng)，就可以研究鏡頭的性能和分辨率。正弦光柵就是亮度按照正弦變化的圖像，如圖3-2所示。圖3-2正弦光柵亮度變化圖像一、鏡頭分辨率

其中棚格黑白相間，可把黑色看作正弦波谷，把白色看作正弦波峰。正弦光柵中一對(duì)相鄰黑線和白線稱為一個(gè)線對(duì)(linepair，lp)，它所占據(jù)的長度被定義為正弦光柵的空間周期，單位是毫米。正弦光柵空間周期的倒數(shù)就是空間頻率(spatialfrequency)，它表示每毫米內(nèi)的線對(duì)數(shù)，單位是線對(duì)/毫米(Ip/mm)。通過拍攝正弦光柵，研究鏡頭每毫米內(nèi)能分辨的線對(duì)數(shù)，就可以獲知鏡頭的分辨率。鏡頭分辨率越高，則說明其每毫米內(nèi)能分辨的線對(duì)數(shù)越多。對(duì)于機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說，只需要查詢鏡頭參數(shù)表即可獲知其分辨率。圖3-2正弦光柵亮度變化圖像二、鏡頭成像要素

影響鏡頭成像的因素包括：光學(xué)放大倍數(shù)、焦距、景深、最大像面、視場(chǎng)角、光圈（Iris）范圍、漸暈等方面。二、鏡頭成像要素

放大率F=像元尺寸/精度（或芯片尺寸除以視野范圍）