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        技術頻道

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        機器視覺有哪些硬件?90%的人不清楚

        時間:2022-07-06 16:06:22來源:中國傳動網

        導語:?機器視覺是一個軟硬件相結合的綜合技術,需要軟件對圖像做處理,也需要硬件提供穩定和高質量的圖像,兩者同樣重要。作為開發,軟件模塊比較熟悉,硬件系統的相關知識儲備弱一些,本文對機器視覺中的硬件相關資源做個簡單的匯總。

          隨著我國各行各業對采用圖像和機器視覺技術的工業自動化、智能需求開始廣泛出現,機器視覺逐步開始了工業現場的應用。

          在政府的利好驅動下,國內機器視覺行業快速發展,中國正在成為世界機器視覺發展最活躍的地區之一。預計到2025年我國機器視覺市場規模將達246億元。接下來讓我們來了解一下機器視覺——5G工業的“眼睛”

          機器視覺是一項綜合技術,包括圖像處理、機械工程技術、控制、電光源照明、光學成像、傳感器、模擬與數字視頻技術、計算機軟硬件技術(圖像增強和分析算法、圖像卡、 I/O卡等)。

          一個典型的機器視覺應用系統包括圖像捕捉、光源系統、圖像數字化模塊、數字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊和機械控制執行模塊。

          總結一下,就是機器視覺是一個軟硬件相結合的綜合技術,需要軟件對圖像做處理,也需要硬件提供穩定和高質量的圖像,兩者同樣重要。作為開發,軟件模塊比較熟悉,硬件系統的相關知識儲備弱一些,本文對機器視覺中的硬件相關資源做個簡單的匯總,給初入行的同學做個參考。

          內容概要

          1.工控機

          工控機可以理解為我們常用的PC主機,只是這個主機在圖像采集和處理以及相關的控制和接口 做得更強一些。在機器視覺系統中,工控機的性能直接影響整個視覺系統的處理速度和運行時間,是整個視覺系統的關鍵。工控機的選擇需要從如下4個方面考慮,

          1)尺寸

          2)安裝方式

          3)配置

          ------根據自己的應用場合選擇合適的配置即可。

          4)接口

          -------很重要,確定視覺系統中攝像機的數量、光源控制器和連接方式。如系統有8個攝像頭,4個光源需要控制,攝像頭通過網線連接,光源控制器是232接口,如此可以確定工控機的網絡接口、串口數量。

         

        機器視覺.jpg

          2.相機

          2.1 相機類型

          點陣相機/面陣相機

          面陣相機:實現的是像素矩陣拍攝。相機拍攝圖像中,表現圖像細節不是由像素多少決定的,是由分辨率決定的。分辨率是由選擇的鏡頭焦距決定的,同一種相機,選用不同焦距的鏡頭,分辨率就不同。?像素的多少不決定圖像的分辨率(清晰度),那么大像素相機有何好處呢?答案只有一個:減少拍攝次數,提高測試速度。

          線陣相機:顧名思義是呈“線”狀的。雖然也是二維圖像,但極長。幾K的長度,而寬度卻只有幾個象素的而已。一般上只在兩種情況下使用這種相機:一、被測視野為細長的帶狀,多用于滾筒上檢測的問題。

          二、需要極大的視野或極高的精度。在第二種情況下(需要極大的視野或極高的精度),就需要用激發裝置多次激發相機,進行多次拍照,再將所拍下的多幅“條”形圖象,合并成一張巨大的圖。

          因此,用線陣型相機,必須用可以支持線陣型相機的采集卡。?線陣型相機價格貴,而且在大的視野或高的精度檢測情況下,其檢測速度也慢--一般相機的圖象是?400K~1M,而合并后的圖象有幾個M這么大,速度自然就慢了。慢功出細活嘛。由于以上這兩個原因,線陣相機只用在極特殊的情況下。

          CCD相機 / CMOS相機

          CCD相機能提供很好的圖像質量、抗噪能力,盡管由于增加了外部電路使得系統的尺寸變大,復制下提高,但在電路設計師可更加靈活,更好的提升CCD相機某些特別關注的性能。CCD更適合于對相機性能要求非常高而對成本控制不太嚴格的應用領域,如天文、高清晰的醫療X光影像、其他需要長時間曝光,對圖像噪聲要求比較嚴格的應用場合。

          CMOS相機 具有成品率高、集成度高、功耗小、價格低等優點。但本身圖像的噪聲比較多。目前的CMOS技術不斷發展,已經克服了早期的許多缺點,發展到了圖像品質方面可以與CCD技術相較量的水平。

          CMOS適用于要求空間小、體積小、功耗低而對圖像噪聲和質量要求不是特別高的場合。如大部分輔助光照明的工業檢測應用、安防保安應用、和大部分消費性商業數碼相機。目前CCD工業相機仍然在視覺檢測方案中占據主導地位。

          2.2 分辨率

          相機每次采集圖像的像素點數,一般對應于光電傳感器靶面排列的像元數。分辨率的選擇還需要根據使用場景和精度需求來定,不是越高越好。

          2.3 像素深度

          每位像素數據的位數,常見的是8bit,10bit,12bit。分辨率和像素深度共同決定了圖像的大小。例如對于像素深度為8bit的500萬像素,則整張圖片應該有500萬*8/1024/1024=37M(1024Byte=1KB,1024KB=1M)。增加像素深度可以增強測量的精度,但同時也降低了系統的速度,并且提高了系統集成的難度(線纜增加,尺寸變大等)。

          2.4 幀率

          相機采集和傳輸圖像的速度,對于面陣相機一般為每秒采集的幀數(Frames/Sec),對于線陣相機為每秒采集的行數(HZ),幀率的選擇需要考慮拍攝動態的場景。

          2.5 曝光

          工業線陣相機都是逐行曝光的方式,可以選擇固定行頻和外觸發同步的方式,曝光時間可以與行周期一致,也可以設定一個固定的時間;面陣相機有幀曝光、場曝光和滾動曝光幾種常見方式,工業數字相機一般都提供外觸發采圖的功能,快門速度一般可到10ms,高速相機還會更快。

          2.6 噪聲

          噪聲是指成像過程中不希望被采集到的,實際成像目標之外的信號。總體上分為兩類,一類是由有效信號帶來的散粒噪聲,這種噪聲對任何相機都存在;另一類是相機本身固有的與信號無關的噪聲。它是由于圖像傳感器讀出電路、相機信號處理與放大電路帶來的固有噪聲,每臺相機的固有噪聲都不一樣。

          2.7 開發接口

          對于利用相機做視覺項目的開發,對相機的控制(拍照,攝像,保存,設置參數等)是必不可少的,一般廠家會提供控制Demo,開發時需要將控制功能應用到我們的項目中。

          3.鏡頭

          相機與鏡頭一般是配套的,鏡頭的選型主要考慮呈像的視距,鏡頭選型步驟:

          1)計算短邊對應的像素數E=B/C,相機長邊和短邊的像素數都要大于E;

          2)像元尺寸=產品短邊尺寸B/所選相機的短邊像素數

          3)放大倍率=所選相機芯片短片尺寸/相機短邊的視野范圍

          4)可分辨的產品精度=像元尺寸/放大倍率 (判斷是否小于C)

          5)物鏡的焦距=工作距離/(1+1/放大倍率) 單位:mm

          6)像面的分辨率要大于1/(2×0.1×放大倍率) 單位:lp/mm

          選擇的鏡頭的支持CCD尺寸要大于等于相機CCD傳感器芯片的尺寸,另外安裝座是C、CS或F型接口也要匹配,同時考慮鏡頭的工作距離,是否留有足夠空間等。如果對鏡頭的選擇還是拿不準的話,可以咨詢廠家的技術支持,讓廠家根據你的應用場景 推薦合適的鏡頭即可。

         

        機器視覺.jpg

          4.光源

          機器視覺中補光是必須的操作,如果單純地調大相機的曝光時間,會增大圖像的噪聲,降低圖像的質量,必須要選擇合適的光源才行。光源的選擇分光源燈和光源控制器兩部分。

          4.1 光源燈

          機器視覺提供的光源也很豐富,這是因為視覺行業應用非常廣泛,需要根據具體的項目選擇合適的光源,才會達到理想的效果。

          常見的光源燈類型如下,可根據具體的項目來選擇,

         

        工業相機.jpg

          4.2 光源控制器

          光源控制器 是為測試環境提供照明的,一般會提供開發接口,控制指定的輸出端口 點亮,熄滅,主要是配合相機為軟件提供 符合要求的圖像。

          5.物理環境

          機器視覺系統對測試環境要求比較高,涉及到攝像頭,光源,待測目標 位置擺放等問題,原則是需要提供一套穩定,高質量的圖像。測試環境可能還需要專業的機構來設計,如果是實驗用的簡易環境可以在網上購買實驗用的支架即可。

          文章來源: 積極的陽光i,技成培訓網

        標簽: 機器視覺

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