如(rú)何選擇工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)視(shì)覺系統δ‍

工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)的(de)眼§φ睛視(shì)覺系統通(tōng)常由以下(xià)構成

攝像頭和(hé)光(guāng)學部件(jiàn)

這(zhè)一(yī)類通(tōng)常含有(yǒu)一(yī)個(gè)或多(↔±duō)個(gè)攝像頭和(hé)鏡頭（光(gu♠↔āng)學部件(jiàn)），用(yòng)于拍(pāi)攝被檢測的(de)物(wù)體(tǐ≈↓↑÷)。根據應用(yòng)，攝像頭可(kě)以∏λ ☆基于如(rú)下(xià)标準，黑(hēi)白(báγλλ≈i)、複合彩色（Y/C），RGB彩色，非标準黑(hēi)白(bái)（可(kě)>™變掃描），步進掃描（progressive-scan）或線掃₩↓描。

燈光(guāng)

燈光(guāng)用(yòng)于照(zhào)亮(liàng)部件(jiàn)，以便從(có"πng)攝像頭中拍(pāi)攝到(dào)更好(hǎo)的(de)圖像，燈光(guāng)系統可Ω€₽™(kě)以在不(bù)同形狀、尺寸和(hé)亮(liàng)度。一(yī)般的(de)燈‌∞"光(guāng)形式是(shì)高(gāo)頻(pín)熒光(guān∑αg)燈、LED、白(bái)熾燈和(hé)石英鹵（quartz-halo↑↑≥☆gen）光(guāng)纖。

部件(jiàn)傳感器(qì)

通(tōng)常以光(guāng)栅或傳感器(qì)♦ 的(de)形式出現(xiàn)。當這(zhè)個(gè)傳感器(q↓←§™ì)感知(zhī)到(dào)部件(jiàn)靠近(jì✘×n)，它會(huì)給出一(yī)個(gè)觸發信号。當部件(✔←γjiàn)處于正确位置時(shí)，這(zhè)個(gè)傳感器(qì)告ε‍訴機(jī)器(qì)視(shì)覺系統去(><‌qù)采集圖像。

圖像采集卡

也(yě)稱為(wèi)視(shì)頻(pín)抓取卡，≥™§§這(zhè)個(gè)部件(jiàn)通(tōng)常是(shì)一(yī≤✘÷£)張插在 PC上(shàng)的(de)卡。

這(zhè)張采集卡的(de)作(zuò)用(yòng)↔₽将攝像頭與 PC連接起來(lái)。它從(cóng)攝像$★ 頭中獲得(de)數(shù)據（模拟信号或♥✘α數(shù)字信号），然後轉換成PC 能(néng)處理(lǐ)£"↑ 的(de)信息。

它同時(shí)可(kě)以提供控制(zhì)攝像頭參數(€ shù)（例如(rú)觸發、曝光(guāng)時(shí) ↔σ₩間(jiān)、快(kuài)門(mén)速度等等）的(d©£←<e)信号。圖像采集卡形式很(hěn)多(duō)，支持不∑₹β≈(bù)同類型的(de)攝像頭，不(bù)同的(de)計(jì)算(suàn)機 Ω(jī)總線。

PC平台

計(jì)算(suàn)機(jī)是(shì)機(jī)器(qìβ‍™$)視(shì)覺的(de)關鍵組成部分(fē>¥n)。

應用(yòng)在檢測方面，通(tōng)常使用(yòng) Pentium或更 <↔高(gāo)的(de) CPU。一(yī)般"§¥來(lái)講，計(jì)算(suàn)機(jī)的(de)速度越快(kuài)，視(↕→∏Ωshì)覺系統處理(lǐ)每一(yī)張圖片的(de)時(shí)間(jiān♦×)就(jiù)越短(duǎn)。

由于在制(zhì)造現(xiàn)場(chǎng)中，經常有(yǒ₽↔u)振動、灰塵、熱(rè)輻射等等，所以一(yī)般需要(yào)工(gō♣>≤ng)業(yè)級的(de)計(jì)算(suàn)機(jī)。

檢測軟件(jiàn)

機(jī)器(qì)視(shì)覺軟件(jiàn)用(yòng)于創建和(hé)執行(xíng•‍↓≈)程序、處理(lǐ)采集回來(lái)的(de)×↑圖像數(shù)據、以及作(zuò)出“通(tōn♦>↓g)過/失敗（PASS/FAIL）”決定。

機(jī)器(qì)視(shì)覺有(yǒu)多(duō)種形式（&>✘C 語言庫、ActiveX 控件(jiàn)、點擊編程環境等等），可₩π(kě)以是(shì)單一(yī)功能(néng)（例如(r∑↔ú)設計(jì)隻用(yòng)來(lá₹∞ i)檢測 LCD或 BGA、對(duì)齊任務等等），也(yě)可(kě)以是(sh₽∏♦≥ì)多(duō)功能(néng)（例如(rú)設計(jì)一(yī)個(gè)套件(jiàβσn)，包含計(jì)量、條形碼閱讀(dú)、機(jī)器(qì)人(rén)導航、現(xiàn)↕≥✔₩場(chǎng)驗證等等）。

數(shù)字 I/O和(hé)網絡連接

一(yī)旦系統完成這(zhè)個(gè)檢測部分±×ε(fēn)，這(zhè)部分(fēn)必須能(néng)與外(wài₽∏)界通(tōng)信，例如(rú)需要(yào)控制(zhì)生(shēn&π©g)産流程、将“通(tōng)過/失敗（PASS/FAIL）”的(de)信息送給數(β§shù)據庫。通(tōng)常，使用(yòng)一(yī)張數(shù)字 I/O闆卡和(h÷ αé)（或）一(yī)張網卡來(lái)實現(xiàn)機(jī)器(qì)視(shì)±<↕覺系統與外(wài)界系統和(hé)數(shù)據庫的(de)通(tōn±∞₽g)信。

配置一(yī)個(gè)基于 PC的(de)機(jī)器(qì)視(shì≠↑)覺系統認真的(de)計(jì)劃和(hé)™ →‍注意細節能(néng)幫助你(nǐ)确保你(nǐ)的(de)檢測系統符合你(nǐ)的(d↕★e)應用(yòng)需求。如(rú)下(xià)是(shì)你(nǐ)必需α→考慮的(de)幾點：

确定你(nǐ)的(de)目标,這(zhè)可(kě)能(néng)是(shì)最重要(yào)的<¥×(de)一(yī)步決定在這(zhè)個(gè)檢測任務中你(nǐ)需要(y★€♦÷ào)實現(xiàn)什(shén)麽，檢測任務通(tōng)•♣ ≈常分(fēn)為(wèi)如(rú)下(xià)幾類：

測量或計(jì)量

讀(dú)取字符或編碼（條形碼）信息。

檢測物(wù)體(tǐ)的(de)狀态

認知(zhī)和(hé)識别特殊的(de)特→‍€性模式識别

将物(wù)體(tǐ)與模闆進行(xíng)對(duì)比♦β♠或匹配

為(wèi)機(jī)器(qì)或機(jī)器(qì)人(ré↓×‌n)導航檢測流程可(kě)以包含隻有(yǒu)一(yī)個(gè)操作(zuò€)或包含多(duō)個(gè)與檢測任務相(xiàng)¥ε關的(de)任務。

為(wèi)了(le)确認你(nǐ)的(de)任務，首先你(nǐ)應該明(míng)★δ确為(wèi)了(le)最大(dà)限度檢測部件(jiàn)你(nǐ)需要(yào)做(zuò§&Ω•)的(de)測試，也(yě)就(jiù)是(shì)你(nǐ)能™φ(néng)考慮到(dào)會(huì)出現(xiàn)的(de)缺陷。€‍≤

為(wèi)了(le)明(míng)确什(shén)麽哪個(gè)≥‌π才是(shì)最重要(yào)的(de)，最好(hǎ↕©o)做(zuò)一(yī)張評估表，列出“必須做(zuò)”和(hé)“可( ≈₹kě)以做(zuò)”的(de)測試。一(→ yī)旦主要(yào)的(de)對(duì)測試标準滿意，随後可(kě)以将更多(duε£ō)的(de)測試加進去(qù)來(lái)改善檢測過程，一(yī)定要(yào)記住> ≤，添加測試的(de)同時(shí)也(yě)會(huì♠♣&σ)增加檢測的(de)時(shí)間(jiān)。

确定你(nǐ)需要(yào)的(de)速度 –系統檢測每一(yī)♦®個(gè)部件(jiàn)需要(yào)多(duō)少(shǎo)時(s§"₹'hí)間(jiān)？

這(zhè)個(gè)不(bù)隻是(shì)由γπ∞ PC的(de)速度決定，還(hái)受生(shēng)産流水(shuǐ)線速度的(d≠±e)影(yǐng)響。

很(hěn)多(duō)機(jī)器(qì)視(shì)覺包含了(le)時(shí)鐘(zhōngσε♦→)/計(jì)時(shí)器(qì)，所以檢測操作(zuò)的(d↕φ•e)每一(yī)步所需要(yào)的(de)時(shí)間(jiāεφn)都(dōu)可(kě)以準确測量，從↕&♠(cóng)這(zhè)些(xiē)數(shù)據，我們就(jiù)可(kě)以修α≈✘↓改我們的(de)程序以滿足時(shí)間(jiān)上(shàng)的(de)要(yà§¶Ωo)求。通(tōng)常，一(yī)個(gè)基于 PC 的(de↑→×)機(jī)器(qì)視(shì)覺系統每一(y∞¶↕ī)秒(miǎo)可(kě)以檢測 20-25 個(gè)部件(jiàn)，與 λα₩檢測部件(jiàn)的(de)多(duō)少(shǎo)和(hé)處理(lǐ)程序以及計(jì)算≥‍₽≠(suàn)機(jī)的(de)速度有(yǒu)密切關系。

聰明(míng)地(dì)選擇你(nǐ)的(de)硬件(jiàn)

一(yī)套機(jī)器(qì)視(sh€✔ì)覺系統的(de)性能(néng)與它的(de)部件(ji<≥♥àn)密切相(xiàng)關。在選擇的(de)過程中，有(yǒu)很(hěn)≥§多(duō)捷徑特别在光(guāng)學成像上(shàng)可§§φ(kě)能(néng)很(hěn)大(dà)÷α程度降低(dī)系統的(de)效率。如(rú)下(xià)是(shì)在選擇部件(jiàn)時(shí)你(nǐ)必須緊記的←✘×(de)幾個(gè)基本原則：

攝像頭攝像頭的(de)選擇與應用(yòng)的(de)需求直接相(xiàng)₩φ≠關，通(tōng)常考慮三點：

a）黑(hēi)白(bái)還(hái)是(shì)彩色；₩¶

b）部件(jiàn)/目标的(de)運動；

c）圖像分(fēn)辨率。

在檢測應用(yòng)中大(dà)部分(fēn)使用(yòng)黑(hēi)白(bái)攝∑↔™像頭，因為(wèi)黑(hēi)白(bái)圖像能(néng)提供 9✘β0%可(kě)視(shì)數(shù)據，并且比彩色便宜。彩色攝像頭主要(↕'<yào)用(yòng)于一(yī)些(xiē)需要(yào)分(fēn)↓≥→析彩色圖像的(de)場(chǎng)合裡(lǐ)≥♦<↔。根據部件(jiàn)在檢測時(shí)是(shì)否移動，決定我們選擇标準隔行(xíng)掃∏↕™描攝像頭還(hái)是(shì)逐行(xíng)掃描≥₩♦攝像頭。另外(wài)，圖像的(de)分(fēn)辨率必須足夠高(gāo)，以提供檢測任務需δ•₩↕要(yào)的(de)足夠的(de)數(shù)據。最後，攝像頭必須質量好(hǎo)和(π λ§hé)可(kě)以避免工(gōng)業(yè)現(xiàγ≤n)場(chǎng)中的(de)振動、灰塵和(hé)熱(rè)的(de)影(yǐn≤<‍g)響。

光(guāng)學部件(jiàn)和(hé)照(zhào)明(mí™↑ ng)這(zhè)個(gè)至關重要(yào)的(de)因素往往被人(ré"§↔n)所忽略。

當你(nǐ)使用(yòng)一(yī)個(gè)很(hěn)差的(de)光(gu✘£ ×āng)學部件(jiàn)或照(zhào) σ✔明(míng)，就(jiù)算(suàn)你(nǐ)使用(yòng)最好(hǎo)的(≠♠de)機(jī)器(qì)視(shì)覺系統，它表現(xiàn)出的(de)>&₹性能(néng)甚至比不(bù)上(shàng)一(yī)個(gè)配上(shàn$‌g)良好(hǎo)光(guāng)學部件(jiàn)和(hé)适當照(zhào)明(mí"←ng)的(de)低(dī)能(néng)力系統。光(guā§↓≠ng)學部件(jiàn)的(de)目标是(shì)産生<→£(shēng)最好(hǎo)和(hé)最大(dà)可(kě♦↑)用(yòng)面積的(de)圖像，并且提供最好(hǎo)的(∏∑☆§de)圖像分(fēn)辨率。照(zhào)明(míng★&§‍)的(de)目标是(shì)照(zhào)亮(liàng)需₩←≥要(yào)測量或檢測的(de)部分(fēn)的(de)關鍵特征。通(tōng)常，照(zhào±€ε)明(míng)系統的(de)設計(jì)由如(rú)下(xià)因素決定：顔色‌♥、紋理(lǐ)、尺寸、外(wài)形、反射♦®δ♠率等等。

圖像采集卡雖然圖像采集卡隻是(shì)完整的(de)機(jī)器(qì)視(shì)覺系統的(β¥de)一(yī)個(gè)部件(jiàn)，但(dàn)是(shì)它扮演一(yī)個(gè)¥≤™非常重要(yào)的(de)角色。

使用(yòng)模拟輸入的(de)圖像采集卡，目标是(shì)盡量不(bù)變地‌→§(dì)将攝像頭采集的(de)圖像轉換為(wèi)數(shù♣®)字數(shù)據。使用(yòng)不(bù)正确的(de)λ ✔圖像采集卡可(kě)能(néng)得(de)到(dào)★✘‍錯(cuò)誤的(de)數(shù)據。

工(gōng)業(yè)用(yòng)的(de)圖像采集卡通(tōn♦ g)常用(yòng)于檢測任務，多(duō)媒體(tǐ)采集卡由于它通(©"♣‍tōng)過自(zì)動增益控制(zhì)、邊沿增強和(hé)顔色增強電(diàn)路(lù)來(₩ lái)更改圖像數(shù)據，所以不(bù)用(yòng)在這(zhè)個(gè)領域裡‌££♦(lǐ)。使用(yòng)數(shù)字輸入的(de)圖像采集卡♥£γ✔的(de)目标是(shì)将攝像頭輸出的(de)數(shù→↓)字圖像數(shù)據轉換并輸送到(dào) PC 中作(zuò)處理(lǐ)。

考慮各種變化(huà)：

人(rén)類的(de)眼睛和(hé)大(dà)腦(nǎo)可(kě)以在不(bù)×$同的(de)條件(jiàn)下(xià)識别目标，但(dàn)→•✘是(shì)機(jī)器(qì)視(shì)覺系&≤統就(jiù)不(bù)是(shì)這(zhè)樣多(duō)才多(duō)藝了(le)，它<≤™∞隻能(néng)按程序編寫的(de)任務來(lái)工(gōng)作( ↔zuò)。了(le)解你(nǐ)的(de)系統≈↔₽能(néng)看(kàn)到(dào)什(shén)麽和(hé)不(bù)能(nén‌≥φg)看(kàn)到(dào)什(shén)麽能(néng)幫助你(nǐ)避免失敗（&₩×例如(rú)将好(hǎo)的(de)部件(jiàn)認為(wèi)是(shì)壞的(de)）或δπ≤↓其它檢測錯(cuò)誤。一(yī)般要(yào)考慮的(de)包括部件(jiàn)顔色、周圍 ♦¥光(guāng)線、焦點、部件(jiàn)的(de)位置和≥ (hé)方向和(hé)背景顔色的(de)大(dà)變化(huà)。

正确選擇軟件(jiàn)：

機(jī)器(qì)視(shì)覺軟件(jiàn)是(shì)檢測系統中↕✔☆的(de)智能(néng)部分(fēn)，也(yě±Ω≥)是(shì)最核心的(de)部分(fēn)。軟 ♠↑"件(jiàn)的(de)選擇決定了(le)你(nǐ)ε≠↕&編寫調試檢測程序的(de)時(shí)間(jiān)‍↕、檢測操作(zuò)的(de)性能(néng¥δ¥)等等。

機(jī)器(qì)視(shì)覺提供了(le)圖形化(huà)編÷"程界面 (通(tōng)常稱為(wèi)“Point&Click”) 通(φ∞tōng)常比其他(tā)編程語言(例如(rú) Visuπ£alC++)容易，但(dàn)是(shì)在你(nδ₩↔ǐ)需要(yào)一(yī)些(xiē)特₩φε殊的(de)特征或功能(néng)時(shí)有(yǒu)一(yī)定的(de)局限性。基于™₩←代碼的(de)軟件(jiàn)包，盡管非常困難和(hé♣©)需要(yào)編碼經驗，但(dàn)在編寫☆$複雜(zá)的(de)特殊應用(yòng)檢測算∑‍¶(suàn)法具備更大(dà)的(de)靈活性。一(yī)些(xiē)機(jī)器(qì)視(s®←hì)覺軟件(jiàn)同時(shí)提供了(le)'φ☆↔圖形化(huà)和(hé)基于代碼的(de)編程環境，提供兩方面最好(hǎo)的(de±♠)特征，提供了(le)很(hěn)多(duō)靈活性，滿足不( ★♠£bù)同的(de)應用(yòng)需求。

通(tōng)信和(hé)記錄數(shù)據：

機(jī)器(qì)視(shì)覺系統的(de)總的(de)目标α¶™是(shì)通(tōng)過區(qū)分(fēn)好(hǎo)和(hé)壞®δ•÷的(de)部件(jiàn)來(lái)實現(xiàn)質量檢測。為(wèi)了‍¥(le)實現(xiàn)這(zhè)一(yī)功能(nén$×•πg)，這(zhè)個(gè)系統需要(yào)與生(shēng)産流水(shu∞↑ǐ)線通(tōng)信，這(zhè)樣才可(kě)以在發現(xiàn)壞的(de)部件(jiàn↑★α)是(shì)做(zuò)某種動作(zuò)。通(tōng)α→≈↕常這(zhè)些(xiē)動作(zuò)是(shì)通(tōng)過數(shù)字 I/€ε↕≥O 闆，這(zhè)些(xiē)闆與制(zhì)造流水δ<☆(shuǐ)線中的(de) PLC相(xiàng)連，這(zhè)樣壞的(>↕‌♦de)部件(jiàn)就(jiù)可(kě)以跟好(h>☆ǎo)的(de)部件(jiàn)分(fēn)離(lí)。

例如(rú)，機(jī)器(qì)視(shì)覺系統可(kě)以與網¥÷φ絡連接，這(zhè)樣就(jiù)可(kě)以将數(shù)據傳送給✔♣數(shù)據庫，用(yòng)于記錄數(shù)據以及讓質量控制(zhì)員∑≈>♥(yuán)分(fēn)析為(wèi)什(shén)麽會(huì)出現(xiàn₽δ)廢品。在這(zhè)一(yī)步認真考慮将有♣Ω(yǒu)助于将機(jī)器(qì)視(λ×shì)覺系統無縫與生(shēng)産流水(shuǐ)線結合起來ε© (lái)。需要(yào)考慮的(de)問(wèn)題是(shì)：

使用(yòng)了(le)什(shén)麽類型的(de) PLC↕ε，它的(de)接口如(rú)何？
需要(yào)什(shén)麽類型的(de)信号？
現(xiàn)在使用(yòng)或必須使用β®(yòng)什(shén)麽類型的(de)網絡？
在網絡上(shàng)傳送的(de)文(wén)件(jiàn)格式是(shì)$γ什(shén)麽？通(tōng)常使用(yòng) RS-232端口與數(shù)據庫通(tō¶☆✔ng)信，來(lái)實現(xiàn)對(duì)數(shù)據的(de)紀≤♥÷錄。

為(wèi)以後做(zuò)準備：當你(nǐ)為(wèi)機(jī)器(qì)視(shì)覺系統選擇部件₩π(jiàn)時(shí)，時(shí)刻記住未來(lái)的(d‌‌∏e)生(shēng)産所需和(hé)有(yǒu)可(kě)能(néng)發生(★∞δshēng)的(de)變動。這(zhè)些(xiē)将直$£γ÷接影(yǐng)響你(nǐ)的(de)機(jī)器(qì)視(shì)覺軟硬件(jσ←¶iàn)是(shì)否容易更改來(lái)滿足以後新的(de©↕)任務。提前的(de)準備将不(bù)僅僅節約你(nǐ)的(de)時(shí)間(€λjiān)，而且通(tōng)過在将來(lái)重用(yòng)現(xi€‌àn)有(yǒu)的(de)檢測任務可(kě)<"×€以降低(dī)整個(gè)系統的(de)價格。機(jī)器(qì)視(shì)覺系統的(de)性能&€✔"(néng)由最差的(de)部分(fēn)決定（就(jiù)像一(yī)個(g®$→è)木(mù)桶的(de)容量由最短(duǎn)的(de)一(yī)個(gè)木(mù∏ ×)塊決定），精度則由它能(néng)獲取的(de)信息←✔決定。花(huā)時(shí)間(jiān)和(hé)精力®♦合理(lǐ)配置系統就(jiù)可(kě)以建造一(yī)個(gè)零故障和(hé∞ ≈β)有(yǒu)彈性的(de)視(shì)覺檢測系統。