機器視覺之硬件選型

 　一、光源選型

　　光源是機器視覺系統中關鍵的組成部分，適當的光學照明設計，能使圖像中的目標信息與背景信息得到最佳分離，能降低圖像算法分割，識別的難度，同時提高系統的定位，測量精度。

　　1.1光源壽命

　　目前常見的幾種光源有白熾燈，熒光燈，汞燈和LED，而前面這些光源的最大缺點就是不穩定，衰減較快(記得小時候家的白熾燈是沒用多久就很暗了...)。而LED作為新的半導體發光材料，在壽命方面十分具有優勢，普通5mmLED燈在10mA驅動電流下，半衰期達到10000-30000h。故LED燈是機器視覺中光源制作的首選材料。

　　1.2光源類型

　　背光

　　背光是光源背面照射物體，物體不透明的地方則對應圖像黑色像素點，使待測物透光和不透光部分邊緣清晰，有利于檢測物體的輪廓邊緣信息。常用于液晶文字檢查，小型電子元器件尺寸，軸承，半導體的外形和尺寸檢查。

　　前光

　　前光是指放置在待測物前方(與之呈一定的角度)的光源，通過物體表面的反射光，多用于檢測反光和不平整表面，如IC芯片上的印刷字符，電路板元器件，焊點，封蓋標記等。

　　環形光

　　環形光是指將環形光和CCD相機中心點同軸安放，它能為待測物體提供大面積均衡的照明，與待測物體距離合適時，可大大減少陰影，提高對比度，實現大面積熒光照明。廣泛應用于有紋理表面的大面積檢測。

　　彩色光

　　彩色光多用于檢測物體上的彩色特征，如用紅光檢測時，可加強圖像里物體表面上的紅色特征顯示效果，削弱物體其他顏色的特征，即能在圖像中更好地分割檢測到ROI區域。

　　同軸光

　　高密度LED光源陣列，亮度大幅提高。提供了比傳統光源更均勻的照明，最適宜用于反射度極高的物體，如金屬、玻璃、膠片、晶片等表面的劃傷檢測，Mark點定位。

　　幾種光源的特性

　　二、鏡頭選型

　　現代相機呈像原理幾乎都與凸透鏡有關，而其中主要概念涉及主軸，光心，焦點，焦距，物距和像距等概念。通過凸透鏡兩個球面球心的直線稱為光軸，凸透鏡的中心O稱為光心，平行于主軸的光線經過凸透鏡后會會聚于主光軸上一點 F，此點為焦點。焦點 F 到凸透鏡光心O的距離成為焦距，用 f 表示，凸透鏡的球面半徑越小，焦距越短。物體到凸透鏡光心的距離稱為物距 u。物體經凸透鏡所成的像到凸透鏡光心的距離稱為像距 v 。

　　2.1鏡頭的物理接口

　　其實就是鏡頭和相機的物理接口方式，工業鏡頭常用的接口形式有C口，CS口，F口，其中C/CS是專門用于工業領域的國際標準接口。鏡頭選擇何種接口，應以相機的物理接口為準。

　　2.2光學尺寸

　　鏡頭光學尺寸是指鏡頭能最大兼容CCD芯片的尺寸。相機之所以能成像，是因為鏡頭把物體反射的光打到了CCD芯片上面。因此鏡頭的鏡片直徑應大于或等于CCD芯片尺寸。常見鏡頭的相面尺寸有1/3in，1/2in，2/3in等。

　　2.3視場角

　　視場就是整個系統能夠觀察的物體的尺寸范圍。

　　通常用視場角來表示視場的大小，且按照視場的大小，可以把鏡頭劃分為魚眼鏡頭，超廣角鏡頭，廣角鏡頭和魚眼鏡頭。

　　2.4焦距

　　焦距是光學系統中衡量光的聚集或發散程度的參數，上面介紹過。鏡頭焦距的長短決定著視場角的大小，焦距越短，視場角就越大，觀察范圍也越大，但遠處的物體不清楚。焦距越長，視場角就越小，觀察范圍也越小，很遠的物體也能看清楚。

　　2.5景深

　　景深是指在攝影機鏡頭前沿，能夠取得清晰物體圖像的前后距離范圍。在聚焦完成后，焦點前后范圍內所呈現的清晰圖像。

　　影響景深的重要因素如下：

　　(1)鏡頭光圈 光圈越大，景深越淺;光圈越小，景深越深。

　　(2)鏡頭焦距 焦距越長，景深越淺，焦距越短，景深越深。

　　(3)物體與背景之間距離 距離越近， 景深越淺， 距離越遠， 景深越深。

　　(4)物體與鏡頭之間距離 距離越遠， 景深越淺， 距離越近， 景深越深。

　　2.6鏡頭分類

　　可分為定焦鏡頭，變焦鏡頭，特殊鏡頭。定焦鏡頭一般指魚眼鏡頭，短焦鏡頭，標準鏡頭，長焦鏡頭。變焦鏡頭可分為手動變焦和電動變焦。而特殊鏡頭中可分為顯微鏡頭(一般用于成像比例大于10：1拍攝系統)，微距鏡頭，遠心鏡頭(主要用于糾正傳統鏡頭的視差而設計的 ，即在一定的范圍內使得到的圖像放大倍率不隨物距的變化而變化)，紫外紅外鏡頭(針對可見光范圍內的應用設計)。

　　三、相機選型

　　數碼相機是通過光學系統將影像聚焦到成像元件CCD/CMOS上，通過A/D轉換器將每個像素上的光電信號轉化為數碼信號，再經過數字信號處理器DSP處理成數碼圖像，存儲在存儲介質中。CCD工藝難度和成本都比CMOS高，但其有更好的色彩表現力和畫面寬容度，而CMOS則更長的壽命，連拍響應速度及更低的耗電量。

　　3.1傳感器尺寸

　　一般用光導攝像管的直徑尺寸來表示具有不同感光面積的型號，但傳感器上的光導攝像管面積!=成像靶面面積，其并沒有固定的換算公式。

      典型傳感器尺寸

　　3.2其他參數

　　幀速是指視頻畫面每秒鐘傳播的幀數，用來衡量視頻信號的傳輸速度。像素深度是指儲存每個像素所用的位數，一般情況下常用的是8bit，工業數字相機一般還會用10bit，12bit。

　　3.3線陣相機

　　線陣相機的傳感器只有一行感光元素，所以線陣相機一般能夠擁有非常高的掃描率與分辨率。線陣相機在日常生活中的應用率也是十分廣泛的，廣泛運用于金屬、塑料和纖維產業。利用線陣相機檢測的物體通常都是勻速形式的，能夠對掃描到的圖形進行一一處理。

　　3.4面陣相機

　　面陣相機是一款以面為單位來進行圖像采集的成像工具，可以一次性獲取完整的目標圖像，具有測量圖像直觀的優勢，可運用在在測量目標物體的形狀、尺寸。因為能在短時間內曝光，拍動態的物體能夠早短時間內成像，拍攝出來的效果感覺就是靜態的。所以也比較使用運用在一些物體高速運轉的行業中。