機器視覺系統(tǒng)是指利用機器替代人眼做出各種測量和判斷。一種比較復(fù)雜的系統(tǒng)。大多數(shù)系統(tǒng)監(jiān)控對象都是運動物體，系統(tǒng)與運動物體的匹配和協(xié)調(diào)動作尤為重要，所以給系統(tǒng)各部分的動作時間和處理速度帶來了嚴格的要求。在某些應(yīng)用領(lǐng)域，例如機器人、飛行物體導(dǎo)致等，對整個系統(tǒng)或者系統(tǒng)的一部分的重量、體積和功耗都會有嚴格的要求。

一個完整的機器視覺系統(tǒng)包括：照明光源、光學(xué)鏡頭、 CCD 攝相機、圖像采集卡、圖像檢測軟件、監(jiān)視器、通訊單元等。

工業(yè)機器視覺系統(tǒng)的工作過程

1.傳感器探測到被檢測物接近運動至相機的拍攝中心，將觸發(fā)脈沖發(fā)送給圖像采集卡；

2.圖像采集卡根據(jù)已設(shè)定的程序和延時，分別向相機和照明系統(tǒng)發(fā)出啟動脈沖；

3.相機在啟動脈沖來到之前處于等待狀態(tài)，啟動脈沖到來后啟動一幀掃描；

4.相機開始新的一幀掃描之前打開曝光機構(gòu)，曝光時間可以事先設(shè)定；

5.另一個啟動脈沖打開燈光照明，燈光的開啟時間應(yīng)與相機的曝光時間匹配；

6.相機曝光后，正式開始一幀圖像的掃描和輸出；

7.圖像采集部分接收模擬視頻信號通過A/D將其數(shù)字化，或者是直接接收攝像機數(shù)字化后的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)；

8.圖像采集卡將數(shù)字圖像存儲在計算機的內(nèi)存中；

9.計算機對圖像進行處理、分析和識別，獲得檢測結(jié)果；

10.處理結(jié)果控制流水線的動作、進行定位、糾正運動的誤差等。

二、機器視覺相關(guān)技術(shù)

1、圖像采集技術(shù)——機器視覺的基礎(chǔ)

圖像采集部分一般由光源、鏡頭、數(shù)字攝像機和圖像采集卡構(gòu)成。采集過程可簡單描述為在光源提供照明的條件下，用數(shù)字攝像機拍攝目標物體并將其轉(zhuǎn)化為圖像信號，最后通過圖像采集卡傳輸給圖像處理部分。在設(shè)計圖像采集部分時，要考慮到多方面的問題，主要是關(guān)于數(shù)字攝像機、圖像采集卡和光源方面的問題。

（1）光源照明

照明是影響機器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素，其直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和應(yīng)用效果。到目前為止，還未有哪種機器視覺照明設(shè)備能通用各種應(yīng)用，因此在實際應(yīng)用中，需針對應(yīng)用選擇相應(yīng)的照明設(shè)備以滿足特定需求。

照明系統(tǒng)按其照射方法可分為:背向照明、前向照明、結(jié)構(gòu)光和頻閃光照明等。其中，背向照明是指將被測物放在光源和攝像機之間，以提高圖像的對比度。前向照明是光源和攝像機位于被測物的同側(cè)，其優(yōu)點是便于安裝。結(jié)構(gòu)光照明是將光柵或線光源等投射到被測物上，并根據(jù)其產(chǎn)生的畸變，解調(diào)出被測物的三維信息。頻閃光照明是將高頻率的光脈沖照射到物體上，攝像機拍攝要求與光源同。

（2）光學(xué)攝像頭

光學(xué)攝像頭的任務(wù)就是進行光學(xué)成像，一般在測量領(lǐng)域都有專門的用于測量的攝像鏡頭，因為其對成像質(zhì)量有著關(guān)鍵性的作用。攝像頭需要注意的一個問題是畸變。這個就需要使用相應(yīng)的畸變校正方法，目前也開發(fā)出了很多自動畸變自動校正系統(tǒng)。

（3）CCD 攝像機及圖像采集卡

CCD( Charge Coupled Device) 攝像機及圖像采集卡共同完成對目標圖像的采集與數(shù)字化。目前 CCD，CMOS等固體器件的應(yīng)用技術(shù)，線陣圖型敏感器件，像元尺寸不斷減小，陣列像元數(shù)量不斷增加，像元電荷傳輸速率也得到大幅提高。在基于PC機的機器視覺系統(tǒng)中，圖像采集卡是控制攝像機拍照來完成圖像的采集與數(shù)字化，并協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的重要設(shè)備。

圖像采集卡直接決定了攝像頭的接口為：黑白、彩色、模擬、數(shù)字等形式。

2、圖像處理與分析——機器視覺的核心

用于機器視覺的圖像處理與分析方法的核心是，解決目標的檢測識別問題。當所需要識別的目標比較復(fù)雜時，就需要通過幾個環(huán)節(jié)，從不同的側(cè)面綜合來實現(xiàn)。

對目標進行識別提取的時候，首先是要考慮如何自動地將目標物從背景中分離出來。目標物提取的復(fù)雜性一般就在于目標物與非目標物的特征差異不是很大，在確定了目標提取方案后，就需要對目標特征進行增強。

隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)以及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，圖像信息處理工作越來越多地借助硬件完成，如 DSP 芯片、專用的圖像信號處理卡等。軟件部分主要用來完成算法中并不成熟又較復(fù)雜或需不斷完善改進的部分。這一方面提高了系統(tǒng)的實時性，同時又降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度。

機器視覺技術(shù)的優(yōu)勢

1.效率更高：人工檢測效率低下。機器視覺檢測速度要快得多，每分鐘能夠?qū)?shù)百個甚至數(shù)千個元件進行檢測，而且能夠24小時不間斷持續(xù)工作。

2.準確性更高：人眼有物理條件的限制，也會受到主觀性、身體精力等因素的影響，不能保證準確性。機器不受主觀控制，只要參數(shù)設(shè)置沒有差異，具有相同配置的多臺機器就可以保證相同的精度。

3.總體成本更低：機器比人工檢測更有效，從長遠來說，機器視覺檢測的成本更低。

4.信息集成：機器視覺檢測可以通過多站測量方法一次測量多個技術(shù)參數(shù)，例如要檢測的產(chǎn)品的輪廓，尺寸，外觀缺陷和產(chǎn)品高度。

5.數(shù)字化統(tǒng)計管理：測量數(shù)據(jù)并在測量后生成報告，而無需一個個地手動添加。

6.可適用于危險的檢測環(huán)境：機器可以在惡劣、危險的環(huán)境中，以及在人類視覺難以滿足需求的場合很好地完成檢測工作。

7.不會對產(chǎn)品造成接觸損傷：機器視覺在檢測工件的過程中，不需要接觸工件，不會對工件造成接觸損傷。人工檢測必須對工件進行接觸檢測，容易產(chǎn)生接觸損傷。

8.更客觀穩(wěn)定：人工檢測過程中，檢測結(jié)果會受到個人標準、情緒、精力等因素的影響。而機器嚴格遵循所設(shè)定的標準，檢測結(jié)果更加客觀、可靠、穩(wěn)定。

9.避免二次污染：人工操作有時會帶來不確定污染源，從而污染的工件。

10.維護簡單：對操作者的技術(shù)要求低，使用壽命長等優(yōu)點。