1. 机器视觉系统概述
机器视觉和计算机视觉区别:
- 计算机视觉重点在于对图像的分析，重点在于从图像中提取特征并进行处理和分析，从而得到一个结果。计算机视觉重视对理论算法的研究，目前在实际工程应用中还有一定的局限。
- 机器视觉侧重于观测目标的特征、尺寸和形态等信息，目的在于根据判断的结果做出接下来的行为。机器视觉更侧重实际应用，强调算法的实时性、高效率和高精度。
1.1. 工作流程
机器视觉系统的工作流程主要为:
光源照射—>检测对象—>相机采集图像—>采集卡传输图像—>(视觉图像分析软件进行分析处理)—>输出通信指令给硬件设备
1.2. 光学采集模块
1.2.1. 相机
1.2.1.1. 分类
- 按芯片类型:CCD/CMOS
- 按传感器结构特征:
- 面阵相机：像素矩阵拍摄，每次采集若干行的图像并以帧的方式输出；可以固定拍摄
- 线阵相机: 将图像逐行输出，高度只有1个像素。传感器只有一行感光元素，使高扫描频率和高分辨率成为可能。适合检测图像区域是条形或幅面宽、运动速度快、精度要求高的物体；需要移动产品或相机进行拍摄
- 按曝光方式:
- 全局曝光(global shutter):芯片所有行同时开始曝光，同时结束曝光
- 卷帘曝光(rolling shutter):又称逐行曝光，从第一行开始曝光，一个周期之后第二行才开始曝光，这样可以达到更高的频率。
- 按输出信号的方式:
- 模拟相机:输出模拟电压信号
- 数字相机:输出数字信号
- 按扫描方式:隔行扫描(模拟相机)/逐行扫描(数字相机)
- 相机接口分类:
- GIGE：千兆以太网接口，配合千兆以太网卡使用，可以利用网线给相机设备直流供电，适合远距离传输
- USB: 成本低廉，支持热插拔，只适合近距离传输
- Camera Link：传输速度快，支持高速传输、抗干扰性强、功耗低，但价格高昂，且需要配合。立的板卡使用。
- Firewire:IEEE 1394标准的别名，苹果公司主导开发的一种串行通信标准，传输速度快，传输距离短。
可以综合以下几点选择相机的接口:
- 传输带宽（图像尺寸*帧率，Camera Link传输速度最高）
- 传输距离（大于10米选网口）
- 即插即用（网口/USB 3.0）
- 实时性（Camera Link/Camera Link/USB 3.0）
- 成本（Camera Link需独立的板卡，成本最高）
1.2.1.2. 参数
- 分辨率:每次采集的像素个数
-
像素（像元）尺寸:单个像元的实际大小，单位一般是mm
分辨率(像元数量)和像素尺寸(像元大小)共同决定了相机芯片的尺寸:
相机芯片尺寸=相机分辨率*像素大小
注意：在电子元件成像领域，1英寸=16mm（常规换算标准1英寸=25.4mm）
- 帧率:对于面阵相机，帧率为每1s采集的帧数（frame per socond，fps），对于点阵相机，帧率为每1s采集的行数（KHz）。
-
快门速度:快门开启的有效时间长度，一般到10微秒，高速相机会更快。
高速的电子快门(曝光时间较短)需要有充足的光照才能保证图像正常的灰度；如果曝光时间过长，对于运动的物体，图像可能较为模糊。
- 像素深度:像素数据的位数，定义了灰度由暗到亮的灰阶数，如深度为8bit可展现的灰阶为2^8=256个
- 无彩色图像的像素深度为8bit
- 彩色图像(rgb图像)的像素深度为24bit，每8bit表示一种颜色(红、绿、蓝)，一个像素可以表现的颜色种类有2^82^82^8约等于1667万多种。
- 图像占用空间大小:
图像占用比特数=图像分辨率*像素位深
占用字节数=比特数/8
- 传输带宽:每秒传输的数据量大小
带宽=图像尺寸（分辨率) * 位深 * 帧率
标准PAL制为25fps