机器视觉之硬件选型

 　一、光源选型

　　光源是机器视觉系统中关键的组成部分，适当的光学照明设计，能使图像中的目标信息与背景信息得到最佳分离，能降低图像算法分割，识别的难度，同时提高系统的定位，测量精度。

　　1.1光源寿命

　　目前常见的几种光源有白炽灯，荧光灯，汞灯和LED，而前面这些光源的最大缺点就是不稳定，衰减较快(记得小时候家的白炽灯是没用多久就很暗了...)。而LED作为新的半导体发光材料，在寿命方面十分具有优势，普通5mmLED灯在10mA驱动电流下，半衰期达到10000-30000h。故LED灯是机器视觉中光源制作的首选材料。

　　1.2光源类型

　　背光

　　背光是光源背面照射物体，物体不透明的地方则对应图像黑色像素点，使待测物透光和不透光部分边缘清晰，有利于检测物体的轮廓边缘信息。常用于液晶文字检查，小型电子元器件尺寸，轴承，半导体的外形和尺寸检查。

　　前光

　　前光是指放置在待测物前方(与之呈一定的角度)的光源，通过物体表面的反射光，多用于检测反光和不平整表面，如IC芯片上的印刷字符，电路板元器件，焊点，封盖标记等。

　　环形光

　　环形光是指将环形光和CCD相机中心点同轴安放，它能为待测物体提供大面积均衡的照明，与待测物体距离合适时，可大大减少阴影，提高对比度，实现大面积荧光照明。广泛应用于有纹理表面的大面积检测。

　　彩色光

　　彩色光多用于检测物体上的彩色特征，如用红光检测时，可加强图像里物体表面上的红色特征显示效果，削弱物体其他颜色的特征，即能在图像中更好地分割检测到ROI区域。

　　同轴光

　　高密度LED光源阵列，亮度大幅提高。提供了比传统光源更均匀的照明，最适宜用于反射度极高的物体，如金属、玻璃、胶片、晶片等表面的划伤检测，Mark点定位。

　　几种光源的特性

　　二、镜头选型

　　现代相机呈像原理几乎都与凸透镜有关，而其中主要概念涉及主轴，光心，焦点，焦距，物距和像距等概念。通过凸透镜两个球面球心的直线称为光轴，凸透镜的中心O称为光心，平行于主轴的光线经过凸透镜后会会聚于主光轴上一点 F，此点为焦点。焦点 F 到凸透镜光心O的距离成为焦距，用 f 表示，凸透镜的球面半径越小，焦距越短。物体到凸透镜光心的距离称为物距 u。物体经凸透镜所成的像到凸透镜光心的距离称为像距 v 。

　　2.1镜头的物理接口

　　其实就是镜头和相机的物理接口方式，工业镜头常用的接口形式有C口，CS口，F口，其中C/CS是专门用于工业领域的国际标准接口。镜头选择何种接口，应以相机的物理接口为准。

　　2.2光学尺寸

　　镜头光学尺寸是指镜头能最大兼容CCD芯片的尺寸。相机之所以能成像，是因为镜头把物体反射的光打到了CCD芯片上面。因此镜头的镜片直径应大于或等于CCD芯片尺寸。常见镜头的相面尺寸有1/3in，1/2in，2/3in等。

　　2.3视场角

　　视场就是整个系统能够观察的物体的尺寸范围。

　　通常用视场角来表示视场的大小，且按照视场的大小，可以把镜头划分为鱼眼镜头，超广角镜头，广角镜头和鱼眼镜头。

　　2.4焦距

　　焦距是光学系统中衡量光的聚集或发散程度的参数，上面介绍过。镜头焦距的长短决定着视场角的大小，焦距越短，视场角就越大，观察范围也越大，但远处的物体不清楚。焦距越长，视场角就越小，观察范围也越小，很远的物体也能看清楚。

　　2.5景深

　　景深是指在摄影机镜头前沿，能够取得清晰物体图像的前后距离范围。在聚焦完成后，焦点前后范围内所呈现的清晰图像。

　　影响景深的重要因素如下：

　　(1)镜头光圈 光圈越大，景深越浅;光圈越小，景深越深。

　　(2)镜头焦距 焦距越长，景深越浅，焦距越短，景深越深。

　　(3)物体与背景之间距离 距离越近， 景深越浅， 距离越远， 景深越深。

　　(4)物体与镜头之间距离 距离越远， 景深越浅， 距离越近， 景深越深。

　　2.6镜头分类

　　可分为定焦镜头，变焦镜头，特殊镜头。定焦镜头一般指鱼眼镜头，短焦镜头，标准镜头，长焦镜头。变焦镜头可分为手动变焦和电动变焦。而特殊镜头中可分为显微镜头(一般用于成像比例大于10：1拍摄系统)，微距镜头，远心镜头(主要用于纠正传统镜头的视差而设计的 ，即在一定的范围内使得到的图像放大倍率不随物距的变化而变化)，紫外红外镜头(针对可见光范围内的应用设计)。

　　三、相机选型

　　数码相机是通过光学系统将影像聚焦到成像元件CCD/CMOS上，通过A/D转换器将每个像素上的光电信号转化为数码信号，再经过数字信号处理器DSP处理成数码图像，存储在存储介质中。CCD工艺难度和成本都比CMOS高，但其有更好的色彩表现力和画面宽容度，而CMOS则更长的寿命，连拍响应速度及更低的耗电量。

　　3.1传感器尺寸

　　一般用光导摄像管的直径尺寸来表示具有不同感光面积的型号，但传感器上的光导摄像管面积!=成像靶面面积，其并没有固定的换算公式。

      典型传感器尺寸

　　3.2其他参数

　　帧速是指视频画面每秒钟传播的帧数，用来衡量视频信号的传输速度。像素深度是指储存每个像素所用的位数，一般情况下常用的是8bit，工业数字相机一般还会用10bit，12bit。

　　3.3线阵相机

　　线阵相机的传感器只有一行感光元素，所以线阵相机一般能够拥有非常高的扫描率与分辨率。线阵相机在日常生活中的应用率也是十分广泛的，广泛运用于金属、塑料和纤维产业。利用线阵相机检测的物体通常都是匀速形式的，能够对扫描到的图形进行一一处理。

　　3.4面阵相机

　　面阵相机是一款以面为单位来进行图像采集的成像工具，可以一次性获取完整的目标图像，具有测量图像直观的优势，可运用在在测量目标物体的形状、尺寸。因为能在短时间内曝光，拍动态的物体能够早短时间内成像，拍摄出来的效果感觉就是静态的。所以也比较使用运用在一些物体高速运转的行业中。