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詳解機器視覺系統組件(完整)
發布時間:2017-04-21 點擊量:4945

機器視覺系統組件

機器視覺系統的主要組件包括視覺光源、鏡頭、圖像傳感器、視覺處理和通信。

光源用于對待檢測的元件進行照明,讓元件的關鍵特征能夠突顯出來,確保相機能夠清楚地看到這些特征。

鏡頭用于采集圖像,并將圖像以光線的形式呈現給傳感器。

機器視覺相機中的傳感器將該光線轉換成數字圖像,然后將該數字圖像發送至處理器進行分析。

視覺處理模塊由各種算法組成,這些算法將對圖像進行審核,提取所需的信息,進行必要的檢驗,并作出決策。最后,通信通常是通過離散I/O信號或數據來實現,主要是將這些信號或數據通過串行連接發送至一臺設備,以供記錄或使用。

大多數機器視覺硬件組件,如光源模塊、傳感器和處理器,都是以商用現貨(COTS)形式供應的。用戶可以購買這些商用現貨(COTS),將它們組裝成機器視覺系統,或者直接購買集成式機器視覺系統,即一臺設備中集成了所有部件。

下面列出了機器視覺系統的各個關鍵組件,包括:光源、鏡頭、視覺傳感器、圖像處理、視覺處理和通信。

機器視覺系統組件

光源

光源是成功獲取機器視覺檢測結果的一個關鍵組件。機器視覺系統是通過分析從物品上反射過來的光線而不是分析物品本身來創建圖像的。照明技術涉及到光源及其與元件和相機的相對位置。特殊的照明技術可通過將部分特征弱化,而將其他特征增強,從而改進圖像,舉例來說,通過照明將元件的輪廓突顯出來,同時將表面細節遮擋住,以確保能夠測量元件的邊線。

1、背光

在僅需要進行外部或邊線測量的應用中,背光可用于增強物品的輪廓特征。背光有助于檢測物品的形狀,讓尺寸測量變得更可靠。

機器視覺背光源

2、同軸光

軸向彌散照明是指將光線從側面耦合到光路中(同軸)。從側面對一面半透明鏡子進行照明,然后,鏡子將光線向下投射到元件上。接著,元件通過這面半透明鏡子將光線反射回相機,從而產生光線非常均勻、外觀均質的圖像。

同軸光源

3、結構光

結構光是指從一個已知的角度將光線圖案(平面、網格或更為復雜的形狀)投射到物品上。在提供不受對比度影響的表面檢測、采集尺寸信息以及計算體積時,這種照明技術非常有用。

4、暗視場照明

定向照明包括暗視場照明和明視場照明,這種照明技術更容易揭示表面缺陷。暗視場照明通常是低對比度應用的首選照明技術。在暗視場照明中,鏡面光線從相機中反射出來,同時,因表面紋理和高度變化而產生的彌散光線則被反射到相機中。

5、明視場照明

明視場照明非常適用于高對比度應用。但高度定向的光源(如高壓鈉燈和石英鹵素燈)可能會產生清晰的陰影,通常無法在整個視場內提供均勻一致的照明。因此,高光澤或反射性表面上的熱斑和鏡面反射可能需要一種更加彌散的光源,才能在明視場中提供均勻一致的照明。

6、彌散穹頂照明

彌散穹頂照明能夠對感興趣的特征提供最均勻一致的照明,同時將不感興趣以及可能對場景造成混淆的不規則之處隱藏起來。

機器視覺漫反射圓頂光源

7、頻閃照明

頻閃照明適合高速應用,這種照明技術能夠將活動元件定格,以進行檢查。另外,使用頻閃照明也有助于防止圖像模糊。

鏡頭

鏡頭用于采集圖像,并將圖像發送至相機中的圖像傳感器。不同的工業鏡頭在光學質量和價格方面存在差異,所使用的鏡頭將決定所采集圖像的質量和分辨率。

大多數視覺系統相機主要提供兩種類型的鏡頭:可現場互換的鏡頭和固定鏡頭。可現場互換的鏡頭通常為C接口或CS接口鏡頭。鏡頭和擴展配件的正確組合可確保采集到最佳圖像。作為獨立式視覺系統一個組成部分的固定鏡頭通常采用自動對焦技術,包括機械調焦鏡頭和液態鏡頭,都能夠自動對焦元件。自動對焦鏡頭在指定的距離下通常擁有固定的視場。

圖像傳感器

相機能否采集到照明得當的待檢驗元件圖像,不僅僅取決于鏡頭,還取決于相機內的圖像傳感器。圖像傳感器通常使用電荷耦合裝置(CCD)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術將光線(光子)轉換成電信號(電子)。

E系列千兆網相機

本質上來講,圖像傳感器的工作就是采集光線,然后將光線轉換成數字圖像,該數字圖像在噪影、靈敏度和動態范圍方面保持平衡。圖像是像素的集合。微弱的光線通常產生暗像素,而明亮的光線則會產生較明亮的像素。很重要的一點是,必須確保相機的傳感器分辨率適合應用。分辨率越高,圖像將擁有越多的細節,測量則將越準確。元件尺寸、檢測公差及其他參數將決定所需的分辨率。

視覺處理

視覺處理是指從數字圖像中提取信息,這可以在基于PC的外部系統中進行,也可以在獨立式視覺系統內部進行。視覺處理是由視覺軟件分步驟進行的。首先,從傳感器中獲取圖像。在某些情況下,可能需要進行預處理,以優化圖像,并確保所有必要的特征都突顯出來。接著,視覺軟件將定位具體的特征,進行測量,并將這些測量結果與指定規格進行比較。最后,作出決策,并將結果發送出去。

雖然機器視覺系統的許多機械組件(如光源)都提供類似的規格,但視覺系統的算法能夠將它們區別開來,當我們對不同的解決方案進行比較時,視覺系統的算法應當位于需要評估的關鍵組件列表首位。視覺軟件將根據特定的系統或應用來配置相機參數,作出通過-未通過決策,與工廠車間進行通信,以及支持HMI開發。

通信

由于視覺系統經常使用各種現成的組件,這些組件必須能夠與其他機器組件相協調,并且能夠快速、輕松地連接到其他機器組件。通常,這是通過離散I/O信號或數據來實現的,主要是將這些信號或數據通過串行連接發送至一臺設備,以供記錄或使用。

離散I/O點可以連接到可編程邏輯控制器(PLC),PLC將使用這些信息來控制工作單元或指示器(如堆棧指示燈),或者直接連接到螺線管,該螺線管可用于觸發不合格產品剔除裝置。 

串行連接式數據通信可以傳統的RS-232串行輸出或以太網的形式進行。有些系統采用較高層級的工業協議,如以太網/IP,可以連接到顯示屏等設備或其他操作界面,提供適用于應用的操作界面,從而方便流程的監控和控制。

來源:中國機器視覺商城
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