机器视觉系统的组成部分有哪些

机器视觉系统通常由五个元件（或组件）组成，如下所述。这些组件很常见，并且可能在其他系统中看到。然而，当这些组件发挥各自不同的作用而协同工作时，它们就创建了一个具有复杂功能的视觉系统。

照明和机器视觉系统

照明负责照亮物体并突出显示相机可以看到的独特特征。它是机器视觉系统的关键方面之一；相机无法检查它看不到的物体。因此，必须优化照明参数，例如光源与相机和物体的距离、角度、强度、亮度、形状、大小和照明颜色，以突出显示正在检查的特征。另外，物体在受到光线照射时，必须能够被摄像头清晰地看到；因此，在照明优化过程中还必须考虑物体的表面属性。

照明可由 LED、石英卤素、荧光灯和氙气频闪光源提供。它可以是定向的或扩散的。机器视觉系统中的照明技术分类如下：

背光

背光从后面照亮目标。当深色轮廓出现在明亮背景上时，它会产生对比度。背光用于检测透明部件上的孔、间隙、裂纹、气泡和划痕。适用于零件的测量、放置、定位。如果需要非常精确的（亚像素）边缘检测，建议使用具有光控偏振的单色光。

漫射照明

漫反射（或全亮）照明用于照亮闪亮的镜面和混合反射目标，需要均匀且多方向的照明。漫射照明分为三种类型：

圆顶漫射照明是最常见的漫射照明技术，对弯曲表面和镜面表面有效。它有助于减少眩光。

同轴照明，或同轴照明，使用镜子将光线以与目标和相机同轴的方向反射到目标。将出现与相机成一定角度的表面。轴上照明可有效强调平面上的角度、纹理或地形特征。

平面漫射照明具有高度漫射光源，可用作前灯或投影灯。在平面漫射光源的中心观察物体。这种照明技术广泛应用于 PCB 检查。

部分明场照明

在部分明场或定向照明中，来自成角度的定向光源的光线直接照射到材料上。相机和物体彼此处于同轴位置。部分明场照明有助于产生对比度并强调表面的地形特征。然而，这种照明布置对于镜面表面效果较差，因为它会产生照明热点反射。

暗场照明

在暗场照明中，来自定向光源（例如条形光、点光或环形光）的光线以与表面的低角度 (10-150) 照射物体。这种照明布置通过将光线反射到相机，使划痕、印记和凹口等表面缺陷显得明亮；表面的其余部分似乎是黑色的。

诸如滤色器和偏振器之类的器件可用于机器视觉照明。滤色镜用于使表面上的目标特征变亮或变暗。相机中安装偏光镜可减少眩光和热点等照明噪音并增加对比度。

机器视觉镜头

镜头捕捉图像并以光的形式将其转发到相机内部的图像传感器。大多数镜头都具备颜色识别功能。机器视觉相机的镜头可以是可互换镜头（C 接口或 CS 接口）或固定镜头。镜头具有以下属性，描述了它们可以捕获的图像质量：

视场角是指图像传感器能看到的面积；焦距较长的镜头视野会缩小。

景深是指当物体远离最佳焦点平面时无需重新聚焦即可保持可接受的图像质量的能力。它还会影响物体可接受的运动范围。

焦深是指当物体保持在同一位置时，随着传感器的移动，焦距质量如何变化。

光圈是镜头的开口，光线通过它进入相机。它控制进入镜头的光量。它与景深成反比。

图像传感器

机器视觉相机内部的图像传感器将镜头捕获的光线转换为数字图像。它通常利用电荷耦合器件 (CCD) 或互补金属氧化物半导体 (CMOS) 技术将光子转换为电信号。图像传感器的输出是由像素组成的数字图像，显示镜头观察到的区域中是否存在光。

分辨率和灵敏度是图像传感器的关键规格。分辨率是传感器在数字图像中产生的像素数。分辨率更高的传感器可产生更高质量的图像，这意味着可以观察到被检查物体的更多细节，并获得更准确的测量结果。分辨率还指机器视觉感知微小变化的能力。另一方面，灵敏度是指检测图像中可区分的输出变化所需的最小光量。分辨率和灵敏度成反比；增加分辨率会降低灵敏度。

视觉处理单元

机器视觉系统的视觉处理单元使用算法来分析传感器产生的数字图像。视觉处理涉及一系列步骤，在外部（由计算机）或内部（对于独立机器视觉系统）执行。首先，从图像传感器提取数字图像并将其转发到计算机。接下来，通过突出图像上的必要特征来准备数字图像以供分析。然后分析图像以找到需要观察和测量的特定特征。一旦完成对特征的观察和测量，就会将它们与定义和预编程的规格和标准进行比较。最后做出决定，并通报结果。

通讯系统

通信系统将视觉处理单元做出的决策快速传递给特定的机器元件。一旦机器元件接收到信息（或信号），机器元件将根据视觉处理单元的输出干预并控制过程。该机制是通过离散I/O信号或通过RS-232串行输出或以太网形式的串行连接进行数据通信来完成的。