視覺檢測是機(jī)器代替人眼來做測量和判斷，指通過機(jī)器視覺產(chǎn)品（即圖像攝取裝置，分 CMOS 和CCD 兩種）將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號；圖像系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。是用于生產(chǎn)、裝配或包裝的有價值的機(jī)制。它在檢測缺陷和防止缺陷產(chǎn)品被配送到消費(fèi)者的功能方面具有不可估量的價值。但視覺檢測機(jī)器受相機(jī)、鏡頭、光源等因素的影響會產(chǎn)生不穩(wěn)定性，如何最大程度保證機(jī)器的穩(wěn)定性成了許多企業(yè)關(guān)心的問題。

不穩(wěn)定性因素

工業(yè)相機(jī)

工業(yè)相機(jī)的選擇主要考慮其傳感器類型、分辨率和幀率，其中傳感器分CCD與CMOS兩種，CMOS圖像傳感器集成度高，各元件、電路之間距離很近，干擾比較嚴(yán)重，成像噪聲高，CCD傳感器相機(jī)相對于CMOS相機(jī)具有靈敏度高、噪聲低和響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，在穩(wěn)定性方面，CCD相機(jī)的抗沖擊與震動性也較強(qiáng)，一般來說，CCD傳感器相機(jī)在成像質(zhì)量上和穩(wěn)定性方面要優(yōu)于CCD相機(jī)。

工業(yè)鏡頭

影響照相機(jī)畫質(zhì)的另一個重要因素是照相機(jī)的鏡頭。除了根據(jù)實(shí)際工作條件選擇合適的鏡頭焦距、焦距、焦距等基本參數(shù)外，影響網(wǎng)絡(luò)檢測精度的重要因素是無法消除圖像幾何圖形的崎變誤差，只能進(jìn)行嵌入。許多工業(yè)相機(jī)用各種方法來填補(bǔ)廣角鏡頭崎變引起的誤差，但在高精度檢測行業(yè)，幾何圖形會影響檢測精度。

光源

光源會增加圖像特征和缺陷，減弱干擾和背景圖的作用，很快影響輸入信息數(shù)據(jù)的質(zhì)量。由于沒有實(shí)用的照明設(shè)備，光源設(shè)計(jì)方案是機(jī)器視覺技術(shù)的問題，一般情況下不僅必須針對每個特殊應(yīng)用場合選擇光源類型，而且必須根據(jù)實(shí)際自然環(huán)境設(shè)置光源，估計(jì)光源照明方法已經(jīng)超過了最佳的實(shí)用效果。穩(wěn)定性因光源的種類而異，通常的不可見光源有LED光源、LED光源、太陽能燈、鈉光等。不

可見光最大的缺陷是太陽能燈等光能不能連續(xù)穩(wěn)定地導(dǎo)出。100小時內(nèi)光能下降15%左右。隨著應(yīng)用時間的延長，光能的導(dǎo)出持續(xù)減少。因此，光源的選擇差異也是影響視覺檢查裝置的不穩(wěn)定因素。

軟件檢測

檢測軟件穩(wěn)定性是影響機(jī)器視覺檢測結(jié)果的一項(xiàng)重要因素，視覺系統(tǒng)最終會在計(jì)算機(jī)上利用軟件采用有針對性的算法進(jìn)行圖像濾波，邊緣檢測和邊緣提取等一系列圖像處理，不同的圖像處理和分析手段以及不同的檢測方法與計(jì)算公式，都會帶來不同的誤差，算法優(yōu)劣決定測量精度的高低。

外界環(huán)境

視覺系統(tǒng)工作環(huán)境因素包括環(huán)境溫度、光照度、電源電壓、灰塵、濕度以及電磁干擾等，良好的運(yùn)行環(huán)境是視覺系統(tǒng)正常運(yùn)行的保障。外界光照會影響照射在被測物體上的光照度，增加圖像數(shù)據(jù)輸出的噪聲，電源電壓的變化也會導(dǎo)致光源發(fā)光不穩(wěn)定，產(chǎn)生隨時間變化的噪聲。溫度變化也會對相機(jī)的性能產(chǎn)生影響，相機(jī)在出廠時都會標(biāo)志正常工作的溫度范圍，電磁干擾是工業(yè)檢測現(xiàn)場不可避免的干擾因素，它對工業(yè)相機(jī)電路、數(shù)據(jù)信號傳輸電路等弱電電路的影響尤為嚴(yán)重。

解決方法

工業(yè)相機(jī)

如果企業(yè)沒有特殊需求，CCD傳感器相機(jī)是保證圖像質(zhì)量和穩(wěn)定性的首要選擇，其中相機(jī)的分辨率和幀率主要根據(jù)檢測精度和檢測速度來選擇，通過計(jì)算檢測物體的視場大小與相機(jī)與被測物之間的距離決定合適的分辨率，考慮被測物體的運(yùn)動速度與檢測精度要求選擇相機(jī)的幀率。

工業(yè)鏡頭

需要根據(jù)相機(jī)的極限分辨率來選取對應(yīng)的鏡頭分辨率，選擇大于相機(jī)極限分辨率的相機(jī)即可，還需要根據(jù)工作距離與視野計(jì)算鏡頭的焦距，并根據(jù)被測物體與相機(jī)的距離變化選用合適的景深。在高精度測量下，要保證測量精度，除以上參數(shù)的正確選擇之外，可以選擇幾何畸變相對于普通鏡頭小的遠(yuǎn)心鏡頭，遠(yuǎn)心鏡頭不僅幾何畸變較小，還能減小物體距離變化帶來的誤差。

光源

若無特殊要求，對可見光光源，應(yīng)優(yōu)先考慮使用LED光源，在對采集圖像質(zhì)量有決定性影響的光源均勻性上，LED光源明顯優(yōu)于鹵素?zé)簟⑷展鉄舻绕渌庠?，而且它還具有耗電低、使用壽命長和對環(huán)境無污染的優(yōu)點(diǎn)。為了減小外界光對視覺系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，也可以通過增加光源箱的方式屏蔽外界光源。

算法

硬件采集到的原始圖像最終要通過圖濾波、邊緣檢測等算法才能完成檢測功能，實(shí)現(xiàn)檢測結(jié)果的輸出。其中圖像濾波可以抑制采集到圖像中存在的噪聲，降低光源與灰度值不穩(wěn)定的問題，提高信噪比，其本質(zhì)是通過算法保證圖像上像素點(diǎn)間最小方差最小。對于高精度測量系統(tǒng)來說，粗邊界像素級精度往往難以滿足要求，亞像素級邊緣定位技術(shù)在像素級別位置通過細(xì)分算法與擬合方法結(jié)合可以使邊緣位置達(dá)到0.1甚至0.01的亞像素級精度，系統(tǒng)檢測精度得到保證。

外部環(huán)境

最大程度減少外部環(huán)境的干擾，嚴(yán)格按照機(jī)器視覺檢測機(jī)器標(biāo)注使用準(zhǔn)則使用，例如相機(jī)在出廠時都會標(biāo)志正常工作的溫度范圍，工廠應(yīng)當(dāng)確保機(jī)器在正常溫度內(nèi)工作。使用合格的視覺產(chǎn)品，合格的視覺產(chǎn)品會在出廠時經(jīng)嚴(yán)格的抗干擾測試，極大的降低了外界電磁干擾對硬件電路的影響。

總的來說，機(jī)器視覺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要考慮多方面的因素，除了根據(jù)需求按照常規(guī)選型參數(shù)選擇相應(yīng)參數(shù)的設(shè)備之外，還需要考慮光源的穩(wěn)定性、相機(jī)的畸變誤差，以及被檢測物體與相機(jī)之間的相對運(yùn)動等因素給檢測系統(tǒng)帶來的穩(wěn)定性干擾與測量誤差。只有綜合考慮這些因素進(jìn)行視覺系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，才能建立穩(wěn)定、合格的機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)。

審核編輯：劉清