機器視覺系統(tǒng)的眼睛：工業(yè)相機

機器視覺技術是一門涉及人工智能、神經生物學、心理物理學、計算機科學、圖像處理、模式識別等諸多領域的交叉學科。機器視覺主要用計算機來模擬人的視覺功能，從客觀事物的圖像中提取信息，進行處理并加以理解，最終用于實際檢測、測量和控制。什么是工業(yè)相機？工業(yè)相機是機器視覺系統(tǒng)中的一個關鍵組件，其本質功能就是將光信號轉變成有序的電信號，相當于機器視覺系統(tǒng)的“眼睛”。相比于傳統(tǒng)的民用相機(攝像機)而言，工業(yè)相機(攝像機)具有高圖像穩(wěn)定性、高傳輸能力和高抗干擾能力等，市面上工業(yè)相機大多是基于CCD(ChargeCoupledDevice)或CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor)芯片的相機。CCD，電荷藕合器件圖像傳感器。它使用一種高感光度的半導體材料制成，能把光線轉變成電荷，通過模數轉換器芯片轉換成數字信號，數字信號經過壓縮以后由相機內部的閃速存儲器或內置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數據傳輸給計算機，并借助于計算機的處理手段，根據需要和想像來修改圖像。CMOS，互補性氧化金屬半導體。和CCD一樣，同為在數碼相機中可記錄光線變化的半導體。CMOS的制造技術和一般計算機芯片沒什么差別，主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導體，使其在CMOS上共存著帶N(帶–電)和P(帶+電)級的半導體，這兩個互補效應所產生的電流即可被處理芯片記錄和解讀成影像。工業(yè)相機的作用工業(yè)相機一般安裝在機器流水線上代替人眼來做測量和判斷，通過數字圖像攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據判別的結果來控制現場的設備動作。隨著國內機器視覺行業(yè)的迅猛發(fā)展，機器視覺系統(tǒng)的重要組件，工業(yè)相機也同樣得到了巨大的發(fā)展。數字工業(yè)相機對被攝物的大小沒有限制，根據鏡頭的條件，既可以拍攝一般物質，也可以用于顯微鏡攝影。目前，工業(yè)相機的主要用途包括以下幾個方面：(1)在開發(fā)產品和驗證產品等：如開發(fā)金屬材料及樹脂材料時，用來觀察材料受到沖擊時內部裂紋產生的方向、狀態(tài)等，可用來分析材料被破壞時物質的結構，及電子產品的工業(yè)在線檢測等。(2)包裝和標簽行業(yè)的印刷過程中，能夠實時檢測到高速印刷中細微的缺陷，以便采取措施，減少損失。常見的缺陷如劃痕、灰塵、漏印、墨痕、褶皺等都可被檢測出來，提高投資回報，減少廢品支出，提高了客戶滿意度和信任度。(3)其他領域：如機器視覺、科研、軍事科學、航空航天等眾多領域，尤其是在智能交通行業(yè)：超速抓拍，闖紅燈電子警察、高速路口、卡扣收費等交通行業(yè)也得到了良好的使用。工業(yè)相機的分類企業(yè)在實際選購和使用工業(yè)相機之前，首先需要確定的就是相機的類型。下面是按照不同的行業(yè)標準進行的工業(yè)相機分類。（1）芯片類型

分為CCD相機、CMOS相機；（2）傳感器的結構特性

分為線陣相機、面陣相機；（3）按照掃描方式

分為隔行掃描相機、逐行掃描相機；（4）分辨率大小

分為普通分辨率相機、高分辨率相機；（5）輸出信號方式

分為模擬相機、數字相機；（6）輸出色彩

分為單色(黑白)相機、彩色相機；（7）輸出信號速度

分為普通速度相機、高速相機；（8）響應頻率范圍

分為可見光(普通)相機、紅外相機、紫外相機等。工業(yè)相機為什么會丟幀？選擇合適的相機也是機器視覺系統(tǒng)設計中的重要環(huán)節(jié)，相機的選擇不僅直接決定所采集到的圖像分辨率、圖像質量等，同時也與整個系統(tǒng)的運行模式直接相關。設計不良的驅動程序或工業(yè)相機硬件可能會造成丟幀，其原因就是資料通道的堵塞，無法及時處理,所以新的圖像進來時，前一張可能被迫丟棄，或是新的圖像被迫丟棄。要解決這問題，需要設計者針對驅動程序與工業(yè)相機硬件資料傳輸的每個環(huán)節(jié)進行精密的設計。智能相機與工業(yè)相機智能相機(SmartCamera)并不是一臺簡單的相機，而是一種高度集成化的微小型機器視覺系統(tǒng)。它將圖像的采集、處理與通信功能集成于單一相機內，從而提供了具有多功能、模塊化、高可靠性、易于實現的機器視覺解決方案。同時，由于應用了最新的DSP、FPGA及大容量存儲技術，其智能化程度不斷提高，可滿足多種機器視覺的應用需求。工業(yè)相機與智能相機的應用場合相差不大，但使用上卻有很大