如何才能讓機(jī)器視覺系統(tǒng)更為穩(wěn)定，這里的穩(wěn)定性不僅僅是平常認(rèn)為的可靠性，它是指在系統(tǒng)的實際場景和充滿變數(shù)條件的環(huán)境中仍然保持足夠的可靠性。

很多因素都會影響穩(wěn)定性，比如周邊環(huán)境，物體變化，視覺組件的影響等。機(jī)器視覺組件的選型是個有難度的活，它需要工程師對組件本身和組件供應(yīng)商都非常熟悉，需要有足夠的選型經(jīng)驗。在實驗室運(yùn)行的機(jī)器視覺系統(tǒng)和實際工作場景運(yùn)行的系統(tǒng)面對的環(huán)境是天差地別的。

典型的機(jī)器視覺系統(tǒng)的環(huán)境影響

機(jī)器視覺系統(tǒng)需求

機(jī)器視覺系統(tǒng)包含一些重要部件，光源，鏡頭，相機(jī)，圖像采集卡，數(shù)據(jù)傳輸，圖像處理和測量軟件等。隨著各個部件的性能的提升，機(jī)器視覺系統(tǒng)的能力也呈指數(shù)級增長。系統(tǒng)的復(fù)雜度取決于特定的應(yīng)用需求。選擇最佳部件，不僅僅要考慮部件的性能能否滿足需求（比如分辨率，幀率，測量算法等），同時需要考慮系統(tǒng)最終所處的環(huán)境條件。比如在工業(yè)領(lǐng)域，這些環(huán)境條件包含部件變化，移載，定位，處理接口，振動，環(huán)境光，溫度，灰塵，油污，水，電磁輻射等。在極端惡劣條件下，有時候需要將機(jī)器視覺組件添加保護(hù)措施。最典型的例子，有些相機(jī)需要在相對潔凈環(huán)境下使用。不過，通常情況下，工業(yè)環(huán)境是能夠滿足工業(yè)相機(jī)的直接使用的。

機(jī)器視覺組件和環(huán)境

環(huán)境對機(jī)器視覺組件的影響不僅僅是指對組件本身有破壞性，同時也會對測量效果產(chǎn)生影響。比如在溫度變化的環(huán)境下，大部分工業(yè)相機(jī)能夠在-5度和65度之間工作，在實際環(huán)境中，過高的溫度往往會給相機(jī)成像帶來噪度。不過這一點(diǎn)可以通過改善打光方式來提升信噪比。

另外，溫度會影響LED光源的性能，隨著LED溫度上升，其亮度下降，這可以通過光源控制器來進(jìn)行亮度輸出補(bǔ)償。LED自身生成的熱量同樣會加速老化甚至直接報廢，所以需要良好的熱設(shè)計。

其他部件也會有相應(yīng)的溫度限值，比如工業(yè)控制器/嵌入式PC一般都能使用工業(yè)環(huán)境，但如果沒有風(fēng)扇，那么很可能PC也會報廢。為了保證機(jī)器視覺系統(tǒng)的穩(wěn)定性，除了選擇好的組件外，我們也要考慮被測物本身對溫度的敏感性，比如金屬物體對于溫度存在熱脹冷縮，因此當(dāng)測量此類物體時，長度和體積都會發(fā)生變化。

在3D測量系統(tǒng)中，3d傳感器的尺寸變化就會導(dǎo)致偏差，除非傳感器的標(biāo)定對溫度進(jìn)行了補(bǔ)償處理。很多情況下，選擇合適的組件就可以滿足特定環(huán)境需求。

振動
大部分工業(yè)相機(jī)做了防振處理，機(jī)器人和軌道類線纜可以很好的讓相機(jī)移動不收振動影響。鎖定的連接器可以避免相機(jī)受到振動。耐用性PC和嵌入式電腦有很好的穩(wěn)定保護(hù)機(jī)制。定焦鏡頭利用金屬接口鎖定螺絲確保了不受振動影響。濾光片一定程度上保護(hù)了鏡頭。

環(huán)境光
日用濾光片一定程度上可以避免受環(huán)境光的影響，它可以改變光線進(jìn)入傳感器的信息。通過使用高亮度調(diào)制光源，減少傳感器曝光時間和減小光圈，環(huán)境光的影響可以減到最小。使用紅外等波長的相機(jī)來測量可以減少可見光的影響。

灰塵、臟污、水
很多相機(jī)可以做到IP65/67防護(hù)等級，確保了防塵，防水?；覊m，臟污，液體，蒸汽往往會附著到LED或者鏡頭表面，對成像產(chǎn)生影響?？梢酝ㄟ^增加相機(jī)的增益，軟件的圖像處理，調(diào)整LED的輸出來進(jìn)行調(diào)整。

種種環(huán)境因素都會對成像產(chǎn)生影響，而這些影響都會是致命性的，因為圖像是測量的重要參照物。

典型的螺絲接合的多工序檢測系統(tǒng) （德國一家自動化系統(tǒng)集成公司，專注螺絲領(lǐng)域）

測量

機(jī)器視覺系統(tǒng)的測量依賴于系統(tǒng)配置，智能相機(jī)具備圖像采集，處理，分析等能力，嵌入式視覺系統(tǒng)往往需要多個相機(jī)來提供圖像獲取能力，內(nèi)置圖像處理和分析能力，而基于PC的系統(tǒng)會把程序放在PC中運(yùn)行，精度和可重復(fù)性取決于特定的軟件算法和亞像素級精度。

高質(zhì)量的軟件產(chǎn)品和庫提供了比開源系統(tǒng)更為穩(wěn)定可靠的工具，但這些需要在不同的場景和環(huán)境中才能被識別出來。當(dāng)今的視覺系統(tǒng)能夠容忍一定程度的產(chǎn)品大小和形狀的變化，但是，就算是最穩(wěn)定的視覺系統(tǒng)，往往會因為外部的影響導(dǎo)致結(jié)果很不理想，比如，振動會導(dǎo)致圖像模糊失真，而可變的零件會導(dǎo)致得出不同的圖像，過長的曝光時間會導(dǎo)致運(yùn)動物體的圖像銳度失真。

所得非所見

對于沒有經(jīng)驗的機(jī)器視覺用戶來說，容易被忽略的是，人眼實際看到的和圖像采集系統(tǒng)獲取的圖片實際上有著很大的不同。眼睛會自動調(diào)整以便來調(diào)節(jié)動態(tài)范圍，而一般的相機(jī)很難同時看清極亮和極暗環(huán)境。

陽光透過屋頂?shù)墓饩€或建筑物的陰影光線，通過機(jī)器操作可以改變攝像機(jī)的圖像，而人眼可以自然的補(bǔ)償結(jié)果并不自知為何能夠同時看到。

機(jī)器視覺系統(tǒng)需求確定和設(shè)計

計劃，確定和實現(xiàn)一個滿足需求的機(jī)器視覺系統(tǒng)需要包含選擇合適的機(jī)器視覺組件，同時需要參考一下標(biāo)準(zhǔn)，比如VDI/VDE/VDMA 2632 系列標(biāo)準(zhǔn)，由VDI/VDE Society Measurement and Automatic Control發(fā)行，德國的VDMA Machine Vision編寫。這些標(biāo)注的第二部分是需求規(guī)格準(zhǔn)備指南，重點(diǎn)描述了環(huán)境影響因素。這個框架詳細(xì)闡述了環(huán)境和規(guī)格的選定關(guān)系。它們包含：

識別具體的測量任務(wù)。

識別被測物的特性，樣本樣品，特殊需求。

識別被測物的細(xì)節(jié)，比如類型，預(yù)處理，污染，熱穩(wěn)定性。

精確描述定位場景，機(jī)器所處環(huán)境，環(huán)境干擾影響。

精確描述集成過程，接口，空間限制，操作模式。

確定其他信息，比如人機(jī)接口，操作方法，可視化。

通過VDI/VDE/VDMA 2632-2，不僅可以選擇最佳解決方案，同時可以保證術(shù)語一致，確保了供應(yīng)商選擇無障礙。