機(jī)器視覺發(fā)展導(dǎo)讀：20世紀(jì)60年代，機(jī)器視覺技術(shù)率先在海外邁出研究步伐。隨著大規(guī)模集成電路的飛速進(jìn)步，視覺系統(tǒng)逐步走出實(shí)驗(yàn)室，邁向?qū)嵱没A段。進(jìn)入80年代，微型計(jì)算機(jī)的迅猛崛起，為機(jī)器視覺系統(tǒng)注入全新活力，使其滲透至工業(yè)、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、交通等多個(gè)領(lǐng)域，應(yīng)用范疇不斷細(xì)化與深化。本文將系統(tǒng)闡述機(jī)器視覺系統(tǒng)的組成部分及其工作原理，為讀者提供一份清晰的技術(shù)導(dǎo)讀。
機(jī)器視覺系統(tǒng)組成：從字面理解，機(jī)器視覺系統(tǒng)可分為三大核心部分：“機(jī)器”負(fù)責(zé)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與控制；“視覺”借助照明光源、工業(yè)鏡頭、工業(yè)相機(jī)、圖像采集卡等硬件實(shí)現(xiàn)圖像捕捉；“系統(tǒng)”則主要指視覺處理軟件，也可理解為集成化的機(jī)器視覺設(shè)備。下面我們將重點(diǎn)解析系統(tǒng)中起關(guān)鍵作用的五大模塊：
機(jī)器視覺光源（照明系統(tǒng)）
照明光源是視覺系統(tǒng)的起點(diǎn)，其性能直接決定圖像數(shù)據(jù)的質(zhì)量與后續(xù)處理的準(zhǔn)確性。由于實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的多樣性與復(fù)雜性，并不存在“通用照明方案”，因此需根據(jù)具體對(duì)象與環(huán)境選擇合適的光源，以增強(qiáng)目標(biāo)特征、抑制干擾反射。常見光源類型包括：LED環(huán)形光源、低角度光源、背光源、條形光源、同軸光源、冷光源、點(diǎn)光源、線型光源與平行光源等，它們分別適用于表面缺陷檢測(cè)、輪廓識(shí)別、字符識(shí)別等不同場(chǎng)合。
工業(yè)鏡頭
工業(yè)鏡頭作為光學(xué)核心部件，承擔(dān)光束調(diào)制與圖像信號(hào)傳遞的關(guān)鍵任務(wù)。根據(jù)應(yīng)用需求的不同，可選用標(biāo)準(zhǔn)鏡頭、遠(yuǎn)心鏡頭、廣角鏡頭、近攝鏡頭和遠(yuǎn)攝鏡頭等。在選擇時(shí)需綜合考量相機(jī)接口類型、工作距離、視場(chǎng)范圍、傳感器尺寸、畸變控制、放大倍率、焦距及光圈參數(shù)，確保成像清晰、真實(shí)。
工業(yè)相機(jī)
工業(yè)相機(jī)在系統(tǒng)中承擔(dān)“視覺傳感器”的角色，其本質(zhì)功能是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。與普通相機(jī)相比，工業(yè)相機(jī)具有更高的圖像穩(wěn)定性、更強(qiáng)的抗干擾能力以及更優(yōu)越的數(shù)據(jù)傳輸性能。從輸出方式來看，可分為模擬相機(jī)與數(shù)字相機(jī)；從成像芯片類型區(qū)分，則以CCD與CMOS兩種為主，后者因成本與集成度優(yōu)勢(shì)近年來應(yīng)用廣泛。
圖像采集卡
圖像采集卡是連接相機(jī)與處理單元的重要橋梁，決定了系統(tǒng)可支持的相機(jī)類型和圖像格式，如黑白/彩色、模擬/數(shù)字等。常見的圖像采集卡包括PCI采集卡、1394采集卡、VGA采集卡和GigE千兆網(wǎng)采集卡。部分高端采集卡具備多通道輸入功能，可同步接入多個(gè)相機(jī)，滿足復(fù)雜視覺任務(wù)的高效抓拍與處理需求。
機(jī)器視覺軟件
視覺軟件是整個(gè)系統(tǒng)的“大腦”，實(shí)現(xiàn)圖像處理、分析與決策功能。基于算法包進(jìn)行二次開發(fā)，可完成圖像采集、顯示、存儲(chǔ)與識(shí)別判斷等一系列自動(dòng)化任務(wù)。在選擇視覺軟件時(shí)，需重點(diǎn)關(guān)注其開發(fā)環(huán)境、操作系統(tǒng)兼容性、所支持編程語言及后期維護(hù)與擴(kuò)展能力，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行并具備良好的可拓展性。
機(jī)器視覺系統(tǒng)原理：機(jī)器視覺系統(tǒng)的基本目標(biāo)，是通過圖像采集設(shè)備（包括光源、鏡頭、相機(jī)與采集卡）將捕獲目標(biāo)轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號(hào)，傳遞給專業(yè)圖像處理軟件，以替代人眼執(zhí)行識(shí)別、測(cè)量、檢測(cè)與判斷等任務(wù)。其核心原理是利用計(jì)算機(jī)及相關(guān)設(shè)備模擬人類視覺機(jī)制，提取并處理視覺信息。隨著微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信與大數(shù)據(jù)的不斷融合，機(jī)器視覺系統(tǒng)正朝著更智能、更集成、更柔性的方向發(fā)展，未來將在更多復(fù)雜、高精度或高危場(chǎng)景中替代人工，成為智能制造和人工智能的關(guān)鍵支柱。
