視覺引導(dǎo)的運動：如果你的應(yīng)用需要一個視覺系統(tǒng)來引導(dǎo)機器人，那么必須知道視覺系統(tǒng)與運動系統(tǒng)是如何集成的。對于校準(zhǔn)和操作，沒集成的運動系統(tǒng)與視覺系統(tǒng)是初步的系統(tǒng)，機械人或機構(gòu)和視覺系統(tǒng)是分開校準(zhǔn)的。在操作中，一臺獨立的視覺系統(tǒng)根據(jù)在視覺坐標(biāo)系統(tǒng)中的已知位置計算出零件位置的偏移量，然后發(fā)指令給機器人的手臂在離初始化編程的拾取位置的偏移量處拾取零件。

由于機器視覺系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，而且易于自動處理，也易于同設(shè)計信息以及加工控制信息集成，因此，在現(xiàn)代自動化生產(chǎn)過程中，人們將機器視覺系統(tǒng)廣泛地用于裝配定位、產(chǎn)品質(zhì)量檢測、產(chǎn)品識別、產(chǎn)品尺寸測量等方面。

機器視覺系統(tǒng)的特點是提高生產(chǎn)的柔性和自動化程度。在一些不適合于人工作業(yè)的危險工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場合，常用機器視覺來替代人工視覺；同時在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動化程度。而且機器視覺易于實現(xiàn)信息集成，是實現(xiàn)計算機集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。使用機器視覺系統(tǒng)五個主要原因：

重復(fù)性——機器可以以相同的方法一次一次的完成檢測工作而不會感到疲倦。與此相反，人眼每次檢測產(chǎn)品時都會有細(xì)微的不同，即使產(chǎn)品時完全相同的。

精確性——由于人眼有物理條件的限制，在精確性上機器有明顯的優(yōu)點。即使人眼依靠放大鏡或顯微鏡來檢測產(chǎn)品，機器仍然會更加精確，因為它的精度能夠達(dá)到千分之一英寸。

速度機器能夠更快的檢測產(chǎn)品。特別是當(dāng)檢測高速運動的物體時，比如說生產(chǎn)線上，機器能夠提高生產(chǎn)效率。

客觀性——人眼檢測還有一個致命的缺陷，就是情緒帶來的主觀性，檢測結(jié)果會隨工人心情的好壞產(chǎn)生變化，而機器沒有喜怒哀樂，檢測的結(jié)果自然非?？捎^可靠。

成本——由于機器比人快，一臺自動檢測機器能夠承擔(dān)好幾個人的任務(wù)。而且機器不需要停頓、不會生病、能夠連續(xù)工作，所以能夠極大的提高生產(chǎn)效率。

工業(yè)相機作為機器視覺系統(tǒng)中的核心部件，對于機器視覺系統(tǒng)的重要性是不言而喻的。按照分類的不同，相機又分為很多種：

1、彩色相機、黑白相機：
黑白相機直接將光強信號轉(zhuǎn)換成圖像灰度值，生成的是灰度圖像；彩色相機能獲得景物中紅、綠、藍(lán)三個分量的光信號，輸出彩色圖像。彩色相機能夠提供比黑白相機更多的圖像信息。彩色相機的實現(xiàn)方法主要有兩種，棱鏡分光法和Bayer濾波法。棱鏡分光彩色相機，利用光學(xué)透鏡將入射光線的R、G、B分量分離，在三片傳感器上分別將三種顏色的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，最后對輸出的數(shù)字信號進行合成，得到彩色圖像。

2、CCD相機、CMOS相機
芯片主要差異在于將光轉(zhuǎn)換為電信號的方式。對于CCD傳感器，光照射到像元上，像元產(chǎn)生電荷，電荷通過少量的輸出電極傳輸并轉(zhuǎn)化為電流、緩沖、信號輸出。對于CMOS傳感器，每個像元自己完成電荷到電壓的轉(zhuǎn)換，同時產(chǎn)生數(shù)字信號。

3、按靶面類型分類：面陣相機、線陣相機
相機不僅可以根據(jù)傳感器技術(shù)進行區(qū)分，還可以根據(jù)傳感器架構(gòu)進行區(qū)分。有兩種主要的傳感器架構(gòu)：面掃描和線掃描。面掃描相機通常用于輸出直接在監(jiān)視器上顯示的場合。線掃描相機用于連續(xù)運動物體成像或需要連續(xù)的高分辨率成像的場合。線掃描相機的一個自然的應(yīng)用是靜止畫面（Web InspecTIon）中要對連續(xù)產(chǎn)品進行成像，比如紡織、紙張、玻璃、鋼板等。同時，線掃描相機同樣適用于電子行業(yè)的非靜止畫面檢測。像德國Kappa相機根據(jù)它CCD的規(guī)格也會有線陣、面陣之分。

4 按輸出模式分類：模擬相機、數(shù)字相機
根據(jù)相機數(shù)據(jù)輸出模式的不同分為模擬相機和數(shù)字相機，模擬相機輸出模擬信號，數(shù)字相機輸出數(shù)字信號。模擬相機和數(shù)字相機還可以進一步細(xì)分，比如德國Kappa相機按數(shù)據(jù)接口又包括：USB 2.0接口、EE 1394 a / Fire Wire、Camera Link 接口、千兆以太網(wǎng)接口。模擬相機分為逐行掃描和隔行掃描兩種，隔行掃描相機又包含EIA、NTSC、CCIR、PAL等標(biāo)準(zhǔn)制式。有關(guān)接口技術(shù)的詳細(xì)介紹請參考采集卡及采集技術(shù)部分。

在選擇一款工業(yè)數(shù)字相機時，物體成像的速度必須充分考慮好。例如，假設(shè)在拍攝過程中，物體在曝光中沒有移動，可用相對簡單和便宜的工業(yè)相機；對于靜止或緩慢移動的物體，面陣工業(yè)相機最適合于對靜止或移動緩慢的物體成像。因為整個面陣區(qū)域必須一次曝光，在曝光時間當(dāng)中任何的移動會導(dǎo)致圖像的模糊，但是，運動模糊可以通過減少曝光時間或使用閃光燈來控制；對于快速移動的物體，當(dāng)對運動的物體使用一個面陣工業(yè)相機時，需要考慮在曝光時間當(dāng)中處于工業(yè)相機當(dāng)中的運動對象數(shù)量，還需要考慮物體上能用一個像素表征的最小特征，也就是對象分辨率，在采集運動物體的圖像的拇指規(guī)則就是曝光必須發(fā)生在采集物體移動量小于一個像素的時間內(nèi)。如果你采集的物體是在以1厘米/秒的速度勻速移動，而且物體分辨率已經(jīng)設(shè)置為1 pixel/mm，那么需要的最大曝光時間是1/10每秒。因為物體移動一個距離恰好等于相機傳感器中的一個像素，當(dāng)使用最大曝光時間時這里會有一定數(shù)量的模糊。在這種情況下，一般傾向于將曝光時間設(shè)置的比最大值要快，比如1/20每秒，就能保持物體在移動半個像素內(nèi)成像。如果同樣的物體以1厘米/秒的速度移動，物體分辨率為1 pixel/微米，那么一秒中所需要的最大曝光是1/10000.曝光設(shè)置的對快取決于所采用的相機，還有你是否能夠給物體足夠的光來獲得一幅好的圖像。

機器視覺在中國的發(fā)展已有十余個年頭。過去十年是機器視覺產(chǎn)業(yè)在中國市場發(fā)展最快的十年，經(jīng)過一定時期的普及與推廣，機器視覺已逐漸為廣大客戶所熟知，而且應(yīng)用范圍，也逐漸開始擴大，大規(guī)模的應(yīng)用領(lǐng)域由起初的電子、制藥等行業(yè)，逐步擴展到包裝、印刷等各大領(lǐng)域。

機器視覺市場在發(fā)展，機器視覺技術(shù)在進步，在以不斷滿足客戶發(fā)展需求的同時，最基本需求的滿足也是不容忽視的。一直以來，我國的科技水平都處于不斷發(fā)展的階段，機器視覺技術(shù)作為科技發(fā)展的產(chǎn)物，為了更好的適應(yīng)行業(yè)需求，也在不斷的優(yōu)化升級?？v觀行業(yè)發(fā)展，國內(nèi)機器視覺市場機遇與挑戰(zhàn)并存，而行業(yè)技術(shù)的升級更顯得尤為必要了。為順應(yīng)行業(yè)發(fā)展趨勢，國內(nèi)的機器視覺技術(shù)就需要通過以下四大要素來升級。

一、系統(tǒng)操作簡單方便
技術(shù)參數(shù)簡單化、處理技術(shù)方便化，是系統(tǒng)操作最為關(guān)鍵也是核心的要素。機器視覺技術(shù)雖然屬于高科技技術(shù)，在運作過程中，還需要依靠不斷調(diào)整各種參數(shù)來達(dá)到最好的效果。但是目前來說，操作人員大都技術(shù)水平有限。因此，系統(tǒng)簡化是大多數(shù)客戶的較價格與質(zhì)量之后的基本需求，而系統(tǒng)簡化主要包括的是檢測操作的簡化與圖像處理的簡化。

二、系統(tǒng)長期可維護性
一個好的系統(tǒng)不僅要考慮使用性還應(yīng)考慮其在長期運做中的可維護性，機器視覺技術(shù)的穩(wěn)定性、可靠性足以使系統(tǒng)在實際應(yīng)用中，更好的發(fā)揮功能優(yōu)勢，提供有力的技術(shù)支持。

三、檢測技術(shù)穩(wěn)定可靠
在工業(yè)生產(chǎn)過程中，由于被測物體的多樣化以及機械的誤差影響，使得整個檢測過程很難是維持在平穩(wěn)的狀態(tài)。因此，這就需要機器視覺技術(shù)有很高的穩(wěn)定性，從光源照明、圖像采集到圖像存儲與處理都要有可以在任何環(huán)境下持續(xù)運作的適應(yīng)能力，同時，還要盡量能采集到突出檢測對象的圖像，這樣才能給出最為穩(wěn)定、準(zhǔn)確、清晰的檢測結(jié)果，才能為生產(chǎn)或質(zhì)檢工作提供技術(shù)支持。

四、系統(tǒng)性價比值高
在保障質(zhì)量的基礎(chǔ)上，客戶最為關(guān)心的莫過于價格問題。機器視覺技術(shù)不斷升級本是件對客戶有益的事，但如果只是一味的使用昂貴的部件，就會造成價格的大幅提升，對于大部分的用戶來說，無疑增添了負(fù)擔(dān)。性能好、價格低的系統(tǒng)才是能滿足最基本需求的，因此性價比是衡量一個系統(tǒng)的重要標(biāo)志，也是客戶選擇產(chǎn)品最重要的指標(biāo)之一。

中國是世界的制造工廠，目前全球幾乎所有的知名企業(yè)都把生產(chǎn)工廠放在中國，機器作業(yè)代替人員操作已成為市場優(yōu)勝劣汰的必然選擇。機器視覺產(chǎn)業(yè)在中國有著非常廣闊而光明的前景，也使中國機器視覺市場成為全球機器視覺企業(yè)的競爭焦點，因此我們要抓住時機，不斷引進各項高新技術(shù)，促進行業(yè)的快速發(fā)展。

在機器視覺系統(tǒng)中,獲得一張高質(zhì)量的可處理的圖像是至關(guān)重要。系統(tǒng)之所以成功，首先要保證圖像質(zhì)量好，特征明顯,。一個機器視覺項目之所以失敗，大部分情況是由于圖像質(zhì)量不好，特征不明顯引起的。要保證好的圖像，必須要選擇一個合適的光源。

光源選型基本要素： 對比度：對比度對機器視覺來說非常重要。機器視覺應(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)生最大的對比度，從而易于特征的區(qū)分。對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的特征突出于其他背景。

亮度：當(dāng)選擇兩種光源的時候，最佳的選擇是選擇更亮的那個。當(dāng)光源不夠亮?xí)r，可能有三種不好的情況會出現(xiàn)。第一，相機的信噪比不夠；由于光源的亮度不夠，圖像的對比度必然不夠，在圖像上出現(xiàn)噪聲的可能性也隨即增大。其次，光源的亮度不夠，必然要加大光圈，從而減小了景深。另外，當(dāng)光源的亮度不夠的時候，自然光等隨機光對系統(tǒng)的影響會最大。

魯棒性：另一個測試好光源的方法是看光源是否對部件的位置敏感度最小。當(dāng)光源放置在攝像頭視野的不同區(qū)域或不同角度時，結(jié)果圖像應(yīng)該不會隨之變化。方向性很強的光源，增大了對高亮區(qū)域的鏡面反射發(fā)生的可能性，這不利于后面的特征提取。

好的光源需要能夠使你需要尋找的特征非常明顯，除了是攝像頭能夠拍攝到部件外，好的光源應(yīng)該能夠產(chǎn)生最大的對比度、亮度足夠且對部件的位置變化不敏感。光源選擇好了，剩下來的工作就容易多了。具體的光源選取方法還在于試驗的實踐經(jīng)驗:

1、環(huán)形光源
提供不同照射角度、不同顏色組合，更能突出物體的三維信息；高密度LED陣列，高亮度；多種緊湊設(shè)計，節(jié)省安裝空間；解決對角照射陰影問題；可選配漫射板導(dǎo)光，光線均勻擴散。應(yīng)用于：PCB基板檢測，IC元件檢測，顯微鏡照明，液晶校正，塑膠容器檢測，集成電路印字檢查。

2、背光源
用高密度LED陣列面提供高強度背光照明，能突出物體。的外形輪廓特征，尤其適合作為顯微鏡的載物臺。紅白兩用背光源、紅藍(lán)多用背光源，能調(diào)配出不同顏色，滿足不同被測物多色要求。應(yīng)用于：機械零件尺寸的測量，電子元件、IC的外型檢測，膠片污點檢測，透明物體劃痕檢測等。

3、條形光源
較大方形結(jié)構(gòu)被測物的首選光源；顏色可根據(jù)需求搭配，自由組合；照射角度與安裝隨意可調(diào)。應(yīng)用于：金屬表面檢查，圖像掃描，表面裂縫檢測，LCD面板檢測等。

4、同軸光源 光的一致性好

可以消除物體表面不平整引起的陰影，從而減少干擾；部分采用分光鏡設(shè)計，減少光損失，提高成像清晰度，均勻照射物體表面。應(yīng)用于：系列光源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，芯片和硅晶片的破損檢測，Mark點定位，包裝條碼識別。

5、AOI專用光源
不同角度的三色光照明，照射凸顯焊錫三維信息；外加漫射板導(dǎo)光，減少反光；不同角度組合；應(yīng)用于：電路板焊錫檢測。

6、球積分光源
具有積分效果的半球面內(nèi)壁，均勻反射從底部360度發(fā)射出的光線，使整個圖像的照度十分均勻。應(yīng)用于：合于曲面，表面凹凸，弧形表面檢測，或金屬、玻璃表面反光較強的物體表面檢測。

7、線形光源
超高亮度，采用柱面透鏡聚光，適用于各種流水線連續(xù)檢測場合。:陣相機照明專用，AOI專用。

8、點光源
大功率LED，體積小，發(fā)光強度高；光纖鹵素?zé)舻奶娲?，尤其適合作為鏡頭的同軸光源等；高效散熱裝置，大大提高光源的使用壽命。應(yīng)用于：適合遠(yuǎn)心鏡頭使用，用于芯片檢測，Mark點定位，晶片及液晶玻璃底基校正。

9、組合條形光源
四邊配置條形光，每邊照明獨立可控；可根據(jù)被測物要求調(diào)整所需照明角度，適用性廣。應(yīng)用案例:CB基板檢測，IC元件檢測，焊錫檢查，Mark點定位，顯微鏡照明，包裝條碼照明，球形物體照明等。

10、對位光源
對位速度快；視場大；精度高；體積小，便于檢測集成；亮度高，可選配輔助環(huán)形光源。是全自動電路板印刷機對位的專用光源。

鏡頭的選擇過程，是將鏡頭各項參數(shù)逐步明確化的過程。作為成像器件，鏡頭通常與光源、相機一起構(gòu)成一個完整的圖像采集系統(tǒng)，因此鏡頭的選擇受到整個系統(tǒng)要求的制約。一般地可以按以下幾個方面來進行分析考慮。

一、波長、變焦與否
鏡頭的工作波長和是否需要變焦是比較容易先確定下來的，成像過程中需要改變放大倍率的應(yīng)用，采用變焦鏡頭，否則采用定焦鏡頭就可以了。
關(guān)于鏡頭的工作波長，常見的是可見光波段，也有其他波段的應(yīng)用。是否需要另外采取濾光措施？單色光還是多色光？能否有效避開雜散光的影響？把這幾個問題考慮清楚，綜合衡量后再確定鏡頭的工作波長。

二、特殊要求優(yōu)先考慮
結(jié)合實際的應(yīng)用特點，可能會有特殊的要求，應(yīng)該先予明確下來。例如是否有測量功能，是否需要使用遠(yuǎn)心鏡頭，成像的景深是否很大等等。景深往往不被重視，但是它卻是任何成像系統(tǒng)都必須考慮的。

三、工作距離、焦距
工作距離和焦距往往結(jié)合起來考慮。一般地，可以采用這個思路：先明確系統(tǒng)的分辨率，結(jié)合CCD像素尺寸就能知道放大倍率，再結(jié)合空間結(jié)構(gòu)約束就能知道大概的物像距離，進一步估算鏡頭的焦距。所以鏡頭的焦距是和鏡頭的工作距離、系統(tǒng)分辨率（及CCD像素尺寸）相關(guān)的。

四、像面大小和像質(zhì)
所選鏡頭的像面大小要與相機感光面大小兼容，遵循“大的兼容小的”原則——相機感光面不能超出鏡頭標(biāo)示的像面尺寸——否則邊緣視場的像質(zhì)不保。像質(zhì)的要求主要關(guān)注MTF和畸變兩項。在測量應(yīng)用中，尤其應(yīng)該重視畸變。

五、光圈和接口
鏡頭的光圈主要影響像面的亮度。但是現(xiàn)在的機器視覺中，最終的圖像亮度是由很多因素共同決定的：光圈、相機增益、積分時間、光源等等。所以為了獲得必要的圖像亮度有比較多的環(huán)節(jié)供調(diào)整。鏡頭的接口指它與相機的連接接口，它們兩者需匹配，不能直接匹配就需考慮轉(zhuǎn)接。

六、鏡頭的其它類別：
線陣鏡頭：配合線陣相機使用的鏡頭。采用掃描式的工作方式，需要鏡頭與目標(biāo)相對運動，每次曝光成像一條線，多次曝光組成一幅圖像。線陣掃描成像的特點：CCD線陣方向的圖像分辨率固定，而在目標(biāo)的運動方向上，空間采樣頻率與運動的相對速度有關(guān)。

從成像的角度講，線陣鏡頭和其它類型的鏡頭并沒有本質(zhì)的差異。只是對鏡頭的使用方式不同而已。

顯微鏡頭：為了看清目標(biāo)的細(xì)節(jié)特征，顯微鏡頭一般使用在高分辨率的場合。它們基本的特點是工作距離短，放大倍率高，視場小。

遠(yuǎn)心鏡頭：物方主光線平行于光軸主光線的會聚中心位于物方無限遠(yuǎn)，稱之為物方遠(yuǎn)心光路。作用：可以消除物方由于調(diào)焦不準(zhǔn)確帶來的測量誤差。

機器視覺光源是機器視覺系統(tǒng)中不可或缺的一部分，它的選擇直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和應(yīng)用效果。由于沒有通用的機器視覺照明設(shè)備，所以針對每個特定的應(yīng)用實例，要選擇相應(yīng)的照明裝置，以達(dá)到最理想的應(yīng)用效果。

照明系統(tǒng)是機器視覺系統(tǒng)最為關(guān)鍵的部分之一，直接關(guān)系到系統(tǒng)的成敗。好的打光設(shè)計能夠使我們得到一幅好的圖象，從而改善整個系統(tǒng)的分辨率，簡化軟件的運算，而不適合的照明，則會引起很多的問題。
1、照亮目標(biāo)，提高亮度
2、用作測量的工具或參照物
3、克服環(huán)境光干擾，保證圖象穩(wěn)定性；
4、 形成有利于圖象處理的效果；

機器視覺光源的選擇

1、物體表面：如使機器視覺照明復(fù)雜化的是物體表面的變化造成的。如果所有物體表面是相同的，在解決實際應(yīng)用的時候就沒有必要采用不同的光源技術(shù)了。但由于物體表面的不同，因此需要觀察視野中的物體表面，并分析光源入射的反映。

2、控制反射：如果反射光可以控制，圖像就可以控制。在涉及機器視覺應(yīng)用的光源設(shè)計時，最重要的原則就是控制好哪里的光源反射到透鏡及反射的程度。機器視覺的光源設(shè)計就是對反射的研究。在視覺應(yīng)用中，當(dāng)觀測一個物體以決定需要什么樣的光源的時候，首先要弄清楚如何才能讓物體顯現(xiàn)？我如何才能應(yīng)用光源使必須的光反射到鏡頭中以獲得物體外表？

3、光源可預(yù)測： 當(dāng)光源入射到物體表面的時候，光源的反映是可以預(yù)測的。光源可能被吸收或被反射。光可能被完全吸收(黑金屬材料，表面難以照亮)或者被部分吸收(造成了顏色的變化及亮度的不同)。不被吸收的光就會被反射，入射光的角度等于反射光的角度，這個科學(xué)的定律大大簡化了機器視覺光源，因為理想的想定的效果可以通過控制光源而實現(xiàn)。

一幅好的圖象具備以下條件：
1. 對比度明顯，目標(biāo)與背景的邊界清晰
2. 背景盡量淡化而且均勻，不干擾圖象處理；
3. 與顏色有關(guān)的還需要顏色真實，亮度適中，不過度曝光。
4. 整體亮度均勻，整體不均勻灰度差不影響圖象處理；

工業(yè)相機是機器視覺系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵組件，其最本質(zhì)的功能就是將光信號轉(zhuǎn)變成小型高清工業(yè)相機為有序的電信號。