機器視覺系統(tǒng)組件
機器視覺系統(tǒng)(見圖1)的主要組件包括光源、鏡頭、圖像傳感器、視覺處理和通信。光源用于對檢測的元件進行照明，讓元件的關鍵特征能夠突顯出來，確保相機能夠清楚地看到這些特征。鏡頭用于采集圖像，并將圖像以光線的形式呈現(xiàn)給傳感器。然后，機器視覺相機中的傳感器將該光線轉換成數(shù)字圖像，然后將該數(shù)字圖像發(fā)送至處理器進行分析。
視覺處理模塊由各種算法組成，這些算法將對圖像進行審核，提取所需的信息，進行必要的檢驗，并作出決策。最后，通信通常是通過離散I/O信號或數(shù)據來實現(xiàn)的，主要是將這些信號或數(shù)據通過串行連接發(fā)送至一臺設備，以供記錄或使用。
大多數(shù)機器視覺硬件組件，如光源模塊、傳感器和處理器，都是以商用現(xiàn)貨(COTS)形式供應的。用戶可以購買這些商用現(xiàn)貨(COTS)，自行將它們組裝成機器視覺系統(tǒng)，也可以直接購買集成式機器視覺系統(tǒng)，即一臺設備中已集成了所有部件。
下面列出了機器視覺系統(tǒng)的各個關鍵組件，包括：光源、鏡頭、視覺傳感器、圖像處理、視覺處理和通信。
光源
光源是成功獲取機器視覺檢測結果的一個關鍵組件。機器視覺系統(tǒng)是通過分析從物品上反射過來的光線而不是分析物品本身來創(chuàng)建圖像的。照明技術涉及到光源及其與元件和相機的相對位置。特殊的照明技術可通過將部分特征弱化，而將其他特征增強，從而改進圖像，舉例來說，通過照明將元件的輪廓突顯出來，同時將表面細節(jié)遮擋住，以確保能夠測量元件的邊線。
鏡頭
鏡頭用于采集圖像，并將圖像發(fā)送至相機中的圖像傳感器。不同的鏡頭在光學質量和價格方面存在差異，所使用的鏡頭將決定所采集圖像的質量和分辨率。大多數(shù)視覺系統(tǒng)相機主要提供兩種類型的鏡頭：可現(xiàn)場互換的鏡頭和固定鏡頭。可現(xiàn)場互換的鏡頭通常為C接口或CS接口鏡頭。鏡頭和擴展配件的正確組合可確保采集到最佳圖像。作為獨立式視覺系統(tǒng)的組成部分之一，固定鏡頭通常采用自動對焦技術，包括機械調焦鏡頭和液態(tài)鏡頭，它們都能夠自動對焦元件。自動對焦鏡頭在指定的距離下通常擁有固定的視場。
圖像傳感器
相機能否采集到照明得當?shù)拇龣z驗元件圖像，不僅僅取決于鏡頭，還取決于相機內的圖像傳感器。圖像傳感器通常使用電荷耦合裝置(CCD)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術將光線(光子)轉換成電信號(電子)。從本質上來講，圖像傳感器的工作就是采集光線，然后將光線轉換成數(shù)字圖像，該數(shù)字圖像在噪影、靈敏度和動態(tài)范圍方面保持平衡。圖像是像素的集合。微弱的光線通常產生暗像素，而明亮的光線則會產生較明亮的像素。很重要的一點是，必須確保相機的傳感器分辨率適合應用。分辨率越高，圖像將擁有越多的細節(jié)，測量則將越準確。元件尺寸、檢測公差及其他參數(shù)將決定所需的分辨率。
視覺處理
視覺處理是指從數(shù)字圖像中提取信息，這可以在基于PC的外部系統(tǒng)中進行，也可以在獨立式視覺系統(tǒng)內部進行。視覺處理是由視覺軟件分步驟進行的。首先，從傳感器中獲取圖像。在某些情況下，可能需要進行預處理，以優(yōu)化圖像，并確保所有必要的特征都突顯出來。接著，視覺軟件將定位具體的特征，進行測量，并將這些測量結果與指定規(guī)格進行比較。最后，作出決策，并將結果發(fā)送出去。
雖然機器視覺系統(tǒng)的許多機械組件(如光源)都提供類似的規(guī)格，但視覺系統(tǒng)的算法能夠將它們區(qū)別開來，當我們對不同的解決方案進行比較時，視覺系統(tǒng)的算法應當位于需要評估的關鍵組件列表首位。視覺軟件將根據特定的系統(tǒng)或應用來配置相機參數(shù)，作出通過- 未通過決策，與工廠車間進行通信，以及支持HMI開發(fā)。
通信
由于視覺系統(tǒng)經常使用各種現(xiàn)成的組件，因此，這些組件必須能夠與其他機器組件相協(xié)調，并且能夠快速、輕松地連接到其他機器組件。通常，這是通過離散I/O信號或數(shù)據來實現(xiàn)的，主要是將這些信號或數(shù)據通過串行連接發(fā)送至一臺設備，以供記錄或使用。離散I/O 點可以連接到可編程邏輯控制器(PLC)，PLC將使用這些信息來控制工作單元或指示器(如指示燈)，或者直接連接到輸出，該輸出可用于觸發(fā)不合格產品剔除裝置。
串行連接式數(shù)據通信可以傳統(tǒng)的RS-232串行輸出或以太網的形式進行。有些系統(tǒng)采用較高層級的工業(yè)協(xié)議，如以太網/IP，可以連接到顯示屏等設備或其他操作界面，提供適用于應用的操作界面，從而方便流程的監(jiān)控和控制。
結論
機器視覺通過從數(shù)字圖像中自動提取信息，來幫助用戶實現(xiàn)流程或質量控制。現(xiàn)在，大多數(shù)制造商都以自動化機器視覺取代了人工檢驗員，因為機器視覺更適合執(zhí)行各種重復性檢測任務，它不僅能夠連續(xù)工作，還可以更快速地提供更客觀的檢測結果。機器視覺每分鐘能夠檢測數(shù)百個甚至數(shù)千個元件，并提供更一致、更可靠的檢測結果，而且能夠全天候不間斷地運行。
在如今的制造領域中，最常見的機器視覺應用包括測量、計數(shù)、定位和解碼。制造商采用機器視覺可以減少缺陷、提高成品率、促進標準化以及跟蹤元件，從而能夠顯著節(jié)省成本和提高利潤率。
