机器视觉系统设计

一：需要了解被检测物信息

1）被检测物特征

产品是离散还是连续、产品的形状和尺寸以及颜色、产品待提取的特征、产品表面的光洁度、产品形态的变化。

2）被检测物状态

产品是索引定位还是连续运动、是否存在翻转和高度差、视野内产品的数量、产品的处理时间。

3）系统安装空间

根据机构上面的安装空间选择合适的视觉系统，如果没有选定合适的视觉系统要清楚需要对机构做的改动，根据视觉系统各部件的位置选择合适的线缆。

4）系统检测环境

确定环境光是否会对图像的打光造成干扰，防止灰尘进入相机、镜头形成斑点影响图像质量，设备的抖动是否会有影响取像精度，需不需要加防震装置，必要的防护措施，要注意防寒散热，注意供电是否满足要求。

二： 确定关键要点

1确定打光方式

根据被检测物的待检测区域和设备的安装空间选择光源。

图像采集和图像处理是机器视觉系统的核心，而光源是影响采集图像质量的重要因素。机器视觉系统通过选择合适的光源使采集图像中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，要设计合适的光源照明系统，以达到最佳效果。

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；

2确定合适相机

相机的视野一般是被检测区域的1.5倍左右，不能太大更不能太小，将待检测产品一般放置在视野的正中间。还需要确定相机的分辨率，即确定检测的像素精度和相机的分辨率，根据以下公式计算：

单方向视野范围/相机单方向分辨率=理论精度。

假设视野为10mm，精度要求为0.02，那么相机的像素为10/0.02=500像素，那就只需要30万（640*480）像素的相机就可以了。

对于面阵相机，需要考虑水平方向和垂直方向的比例，需要水平像素和垂直像素都满足要求

在实际生产过程中，我们通常还要考虑生产线的速度，所以在拍摄高速运动物体时，还需要计算相机的曝光时间，以使图像不产生拖影，理论的计算原则是：

物体在相机芯片上成的像的速度×曝光时间≤一个像元尺寸

物体的实际速度×放大倍数=物体在相机芯片上所成的像的速度

相机芯片的水平尺寸/视场水平长度=放大倍数

相机的参数

1）分辨率（Resolution）

相机每次采集图像的像素点数（Pixels），对于数字相机一般是直接与光电传感器的像元数对应的，比如5MP的相机分辨率为2592*1944。

2）像元尺寸（Pixel Size）

像元大小和像元数（分辨率）共同决定了相机靶面的大小。数字相机像元尺寸为3μm~10μm，一般像元尺寸越小，制造难度越大，图像质量也越不容易提高。

3）工业相机的靶面（Target Surface）尺寸

业界通用的规范就是 1” CCD靶面尺寸= 长 12.8mm × 宽 9.6mm = 对角线为 16mm 之对应面积，三边比例为 4：3：5。所以1/2" CCD的对角线就是 1"的一半为8mm，面积约为 1” CCD靶面的1/4。

3确定合适的镜头

首先要选择和相机芯片相匹配的镜头，同时在确定工作距离的情况下，就能根据公式计算出镜头焦距：

视野对应边/芯片对应边=工作距离/焦距

工业镜头的选型

1）确定镜头接口

镜头接口只要可跟相机接口匹配安装，或可通过外加转换接口匹配安装就可以了。

2）确定与CCD匹配的镜头

镜头分辨率应该等于二倍的CCD芯片像元大小，这样才不会影响成像效果。小靶面的CCD可使用对应规格更大的镜头，反之则不行。如果1/2’’CCD对应1/3’’镜头，则进光量会变小，不能完全覆盖整个CCD靶面，色彩会变差，甚至图像也会缺损。如果1/3’’CCD对应1/2’’的镜头，进光量会变大，就可以完全覆盖整个CCD，但是会浪费镜头的尺寸。所以CCD和镜头最好规格统一，如1/2’’ CCD选择对应1/2’’镜头。

3）确定镜头焦距

在已知相机CCD尺寸、工作距离（WD）、视野（FOV）的情况下，跟根据以下公式计算出所需镜头的焦距（f）:

视场（对应边）/芯片（对应长度）=工作距离/焦距

4）确定是否需要远心镜头

用人眼观察同一个物体，会有近大远小的现象，这种现象叫透视误差。远心镜头可以消除透视误差。在一定的范围内，得到的图像放大倍率不会随着物距的变化而变化。非平面物体的尺寸测量一定要使用远心镜头。远心镜头与传统镜头对比：

5）确定镜头光圈

镜头的光圈大小决定图像的亮度，但是光圈大小也影响景深。所以一般情况下，光圈放在中间数值就可以了，若是在拍摄高速运动物体、曝光很短的应用中，应该选用大光圈镜头，以提高图像亮度。