一、机器视觉系统
1.1视觉系统的概述
视觉在人类观察和认知世界的过程中扮演极为重要的角色，据统计人类从外部世界获取的信息约有80%来自视觉器官。机器视觉目前已经形成一门发展迅速的新兴学科，它可以代替人眼对目标进行识别、跟踪测量和检验以及机器人导航等方面的工作，被广泛应用到生产制造等行业。可用来保证产品质量、控制生产流程、感知环境等。
机器视觉系统是基于机器视觉技术为机器或自动化生产线建立的一套视觉系统。
1.2 视觉系统自动检测和人工检测对比
机器视觉系统不但具有高效率、高柔性、高度自动化等特点，而且可以实现很高的分辨率与稳定性。机器视觉系统与被测对象无接触，安全可靠。理论上，人眼观察不到的范围机器也可以观察，例如红外线、微波、紫外线、甚至X光等，而机器视觉则可以利用这方面的传感器将这些人不可见的形成图像。此外，人眼无法长时间观察的对象，机器视觉可以长时间观察。人工检测与机器视觉自动检测的区别主要有：
| 机器视觉自动检测 | 人工检测 |
| 效率 | 环境 | 效率低 |
| 速度 | 速度快 | 速度慢 |
| 精度 | 高精度 | 受主观因素影，精度一般 |
| 可靠性 | 检测效果稳定 | 易疲劳、有情绪，不易保持检测效果 |
| 工作时间 | 可24小时不停工作 | 容易疲劳，工作时间有限 |
| 信息集成 | 可实现信息集成 | 不易实现信息集成 |
| 成本 | 成本低(一次投入) | 人工成本高 |
| 环境 | 适用于危险的检测环境 | 不适用于危险的检测环境 |
1.3 视觉系统的组成
机器视觉主要研究利用计算机来模拟人的视觉功能，采用一个或多个相机抓拍客观事物的实际图像，经过数字化等一系列处理提取需要的特征信息，然后加以理解并通过逻辑运算最终实现工业生产和科学研究中的检测、测量和控制等功能。一个典型的机器视觉应用系统包括光源、镜头、相机（CCD相机和CMOS相机）、采集卡、视觉处理系统（图像处理器（硬件）、图像处理软件、显示器、执行单元）五个部分。
光源是影响机器视觉系统输入的重要因素，光源直接影响图像质量和效果。针对每个特定的应用实例，要选相应的光源及打光方式，以达到最佳效果。打光方式可以分为明场照明和暗场照明。镜头的功能是将工件成像至摄像机的感光芯片上。镜头主要分为CCTV镜头和远心镜头。摄像机是将光信号转换成电信号。早期的摄像机没有将模拟电信号转换成数字电信号的功能，所以称为模拟相机。模拟相机一般需要和图像采集卡配合使用。图像采集卡将模拟相机的电信号转换成数字信号，并传输至电脑。而近年来的数字摄像机具有模拟转换功能，并遵从一定通信协议，所以能够直接将采集到的图像信号传输至摄像机。这类摄像机称为数字相机，目前已成为机器视觉系统的主流摄像机了。视觉处理系统包含了硬件和软件两方面，根据硬件的不同，又称为智能相机和基于PC的视觉系统。软件的核心技术为图像处理算法，它包括图像增强、图像分割、特征抽取、图像识别与理解等方面。通过图像处理与分析，从而进行产品质量的判断、尺寸测量等功能，并将结果信号传输到相应的硬件进行显示或执行。
1.4 机器视觉光源的概述
机器视觉系统的核心部分是图像的采集(如何得到一幅好的图片)和图像的处理(如何找到最有效、最准确的算法)，所有的信息均来源于图像，图像质量对整个视觉系统极为关键。目前视觉行业中用于图像处理的软件，大多是一些图像处理软件公司所提供的软件包，如镭络的Narovision、德国MVTec公司HALCON、Cognex的VisionPro、Hexsight、OPT的Scivision等。在处理软件性能差异很微小的情况下，如何稳定连续的获取好的图片将直接决定系统的稳定性和连续性。
1.5 光源的作用
机器视觉中的光源主要起到如下作用：
1.照亮目标，提高亮度
2.形成有利于图像处理的效果
3.克服环境光干扰，保证图像稳定性
4.用作测量的工具或参照物
照明系统是机器视觉系统最为关键的部分之一，直接关系到系统的成败，其重要性无论如何强调都是不过分的。好的打光设计能够使我们得到一幅好的图像，从而改善整个系统的分辩率，简化软件的运算，而不合适的照明，则会引起很多问题。通过适当的光源照明设计可以使图像中的目标信息与背景信息得到最佳分离，从而大大降低图像处理的算法难度，同时提高系统的精度和可靠性。截止目前尚没有一个通用的机器视觉照明设备，因此针对每个特定的案例，要设计合适的照明装置，以达到最佳效果。机器视觉的核心是图像采集和处理。所有信息均来源于图像中，图像本身的质量对整个视觉系统极为关键。而光源则是影响机器视觉系统图像水平的重要因素，因为它直接影响输入数据的质量和至少30%的应用效果，光源还直接影响图像的对比度，所以在整个机器视觉系统中，光源有着关键性的作用。
1.6 常见的视觉光源比较
| 种类 | 光波 | 亮度 | 寿命 | 注解 |
| LED | 多种 | 多从亮至高亮 | 30000～100000 | 长寿命，稳定的输出 |
| 荧光 | 白光、兼有 黄、绿、蓝 | 亮 | 5000～7000 | 成本低，需要高频，低发热 |
卤素光 氙光 | 白光，兼有黄光 | 高亮 高亮 | 200～3000 3000～7000 | 成本低，高发 成本低，稳定热 |
| 电镀光 | 绿光 | 暗淡 | 2000～5000 | 很微弱，低热 |
LED光源的优势：
① 可制成各种形状、尺寸及各种照射角度；
② 可根据需要制成各种颜色，并可以随时调节亮度；
③ 通过散热装置使散热效果更好，光亮度更稳定；
④ 使用寿命更长(超过三万小时，间断使用寿命更长)；
⑤ 反应快捷，可在10微秒或更短的时间内达到最大亮度；
⑥ 电源带有外触发，可以通过计算机控制，起动速度快，可以用作频闪灯；
⑦ 运行成本低、寿命长的LED，会在综合成本和性能方面体现出更大的优势；
⑧ 可根据客户的需求，进行特殊设计。
