機器視覺模型的準(zhǔn)確性是幫助您的產(chǎn)品在市場上取得成功和可靠的最重要因素之一。為此，您必須擁有能夠提供高質(zhì)量圖像的強大圖像采集組件。組織制造流程的速度和總體吞吐量通常取決于機器視覺系統(tǒng)的速度。

然而，許多用戶仍然發(fā)現(xiàn)機器視覺系統(tǒng)不準(zhǔn)確且效率低下。系統(tǒng)在實驗室中處理樣品時效果很好，但無法滿足生產(chǎn)線上的精度要求。造成這些差異的原因之一是在實驗室中構(gòu)建系統(tǒng)并試圖將其直接移植到制造環(huán)境中。這就是這種方法無法產(chǎn)生理想結(jié)果的原因，其原因在于圖像采集過程。

什么是圖像采集？

在圖像處理和機器視覺中，圖像采集是從源（通常是相機、傳感器等硬件系統(tǒng)）檢索圖像的操作。這是工作流程序列中的第一個也是最重要的步驟，因為如果沒有圖像，系統(tǒng)就無法進行實際處理。系統(tǒng)獲取的圖像通常完全未經(jīng)處理。

為什么圖像采集很重要？

在圖像采集過程中，來自物體的入射光能通過對特定類型能量敏感的傳感器組合轉(zhuǎn)換為電信號。這些微小的子系統(tǒng)協(xié)同工作，為您的機器視覺算法提供最準(zhǔn)確的物體表示。

雖然傳感器系統(tǒng)和攝像機主要依賴于現(xiàn)有的技術(shù)，但用戶可以完全控制照明。

在圖像處理中，它被定義為從某個源（通常是基于硬件的源）檢索圖像以進行處理的操作。這是工作流程中的第一步，因為沒有圖像，就不可能進行任何處理。

以下是主要的圖像采集組件：

扳機

通常，現(xiàn)代成像和視覺應(yīng)用采用觸發(fā)式圖像拍攝。工業(yè)相機中的傳感器主要采用連續(xù)曝光，因為它們沒有像單鏡頭反光相機那樣的機械快門。

在現(xiàn)代成像和視覺應(yīng)用中，觸發(fā)式圖像拍攝是一種常見的做法。這種方式允許相機在接收到特定的信號（如外部觸發(fā)信號）時進行圖像捕捉，而不是持續(xù)不斷地進行拍攝。觸發(fā)式拍攝對于需要精確控制拍攝時機的情況非常有用，例如在高速運動物體的捕捉、精確測量等場景中，可以確保捕捉到最關(guān)鍵或最期望的瞬間。這種方式有助于提高圖像的質(zhì)量和效率，減少不必要的圖像數(shù)據(jù)，從而節(jié)省存儲空間和處理時間?1。

在工業(yè)相機中，傳感器主要采用連續(xù)曝光方式。連續(xù)曝光意味著相機不斷地或按照設(shè)定的速率進行圖像的采集和曝光，這種方式適用于需要實時監(jiān)控或連續(xù)數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用。工業(yè)相機通常具有較高的分辨率和幀率，能夠處理復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境和快速的運動物體，提供實時的視覺反饋和數(shù)據(jù)收集。

完全自由運行的相機會永久讀取來自傳感器的輸入。在“圖像查詢”時，當(dāng)前圖像會被完全捕獲。此后，開始新的圖像采集，然后將完全捕獲的圖像傳輸?shù)絇C。傳感器、PLC和手動操作按鈕可以執(zhí)行這些圖像查詢。觸發(fā)器還取決于您在系統(tǒng)中安裝的相機類型。

相機

在機器視覺系統(tǒng)中，相機負(fù)責(zé)從場景中獲取光信息，并使用CMOS或CCD傳感器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息（即像素）。傳感器是任何機器視覺系統(tǒng)的基礎(chǔ)。系統(tǒng)的許多關(guān)鍵規(guī)格與相機的圖像傳感器相對應(yīng)。這些關(guān)鍵方面包括分辨率、傳感器容納的像素行數(shù)和列數(shù)。分辨率越高，系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)就越多，對環(huán)境差異的判斷就越準(zhǔn)確。然而，數(shù)據(jù)越多，處理就越多，這會嚴(yán)重限制系統(tǒng)的性能。

根據(jù)圖像格式，相機主要可分為以下三種類型：

2D相機

3D相機

高光譜相機

根據(jù)采集類型，攝像機可分為兩大類：

線掃描相機

區(qū)域掃描相機

雖然攝像頭和傳感器至關(guān)重要，但僅靠它們不足以捕捉圖像。

光學(xué)

光源發(fā)出的光必須通過傳感器上的鏡頭充分聚焦，才能以最大清晰度捕捉圖像。鏡頭應(yīng)為視覺系統(tǒng)提供適當(dāng)?shù)墓ぷ骶嚯x、圖像分辨率和放大倍數(shù)。要精確校準(zhǔn)放大倍數(shù)，必須知道相機的圖像傳感器尺寸和所需的視野。一些最常用的鏡頭包括：

標(biāo)準(zhǔn)分辨率鏡頭

這些鏡頭經(jīng)過優(yōu)化，可實現(xiàn)無限遠(yuǎn)聚焦，并且失真和暈影較少。

微距鏡頭

它們是根據(jù)相對于相機傳感器的放大倍數(shù)來指定的，它們針對可忽略不計的失真的“特寫”進行了優(yōu)化。

高分辨率鏡頭

這些鏡頭比標(biāo)準(zhǔn)分辨率鏡頭性能更佳，適用于精確測量應(yīng)用。

遠(yuǎn)心鏡頭

這些是特殊的鏡頭，無論物體距離多遠(yuǎn)，都不會產(chǎn)生失真，并且能夠產(chǎn)生具有恒定放大倍數(shù)的圖像。

照明

照明可以說是機器視覺系統(tǒng)中最重要的因素。照明應(yīng)為所有可見物體表面提供均勻的照明。照明系統(tǒng)的設(shè)置應(yīng)避免眩光和陰影。光譜均勻性和穩(wěn)定性是關(guān)鍵。

還需要考慮環(huán)境光和白天。在背光、明場照明、掠射、低角度線性陣列和暗場照明等技術(shù)之間，可以使用多種照明技術(shù)。具有最高對比度的技術(shù)可顯著提高機器視覺系統(tǒng)的效率。

結(jié)論

上述圖像采集組件是圖像采集系統(tǒng)的一部分。整個圖像采集過程的目標(biāo)是創(chuàng)建機器視覺算法可用的圖像。成像系統(tǒng)的質(zhì)量在很大程度上決定了機器視覺系統(tǒng)的成功與否。