一、機器視覺的定義

機器視覺是一種通過光學設備和非接觸式傳感器自動接收并處理真實物體的圖像的設備，以獲得所需信息或控制機器人的運動。

機器視覺就是用機器代替人眼進行測量和判斷。本質上，機器視覺是圖像分析技術在工廠自動化中的應用，通過使用光學系統，工業數碼相機和圖像處理工具，以模擬人類的視覺功能并做出相應的決策，通過指揮特定的裝置來實現這些決策。

在現代的自動化生產過程中，機器視覺已開始逐漸取代人工視覺，特別是在工況檢測，成品檢驗，質量控制等領域。隨著工業4.0時代的到來，這種趨勢已不可逆轉。

二、為什么要使用機器視覺代替人工視覺？

原因有很多，主要有以下幾點：

1、從生產效率的角度來看，由于長時間工作后操作者容易感到疲勞，因此人工視覺的質量低下，準確性不高，機器視覺可以大大提高生產效率和自動化程度。

2、從成本控制的角度來看，培訓一名合格的操作員需要企業管理人員花費大量的人力和物力，而且簡單的培訓是遠遠不夠的，后續還需要大量的時間來提高操作員的實踐水平。而機器視覺系統只要設計，調試和運行得當，就可以長時間不間斷地使用工作，同時確保生產效果。

3、在某些特殊的工業環境中，例如焊接，火藥制造等工作條件檢測，人工視覺可能會對操作人員的人身安全構成威脅，而機器視覺在一定程度上有效地避免了這些風險。

三、機器視覺涵蓋哪些領域？

機器視覺系統由不同的功能模塊組成，因此設計出一個成功的機器視覺系統對工程師的要求是很高的。

通常，機器視覺涵蓋的專業領域如下：

1、電氣工程：用于機器視覺系統中的硬件和軟件設計。

2、工程數學：圖像處理技術的基礎。

3、物理：照明系統設計的基礎。

4、機械工程：機器視覺系統的應用。好的機器視覺系統可以更好地為制造提供更多技術支持，從而提高產品質量和生產效率。

四、機器視覺系統的組成部分

完整的機器視覺系統通常由光學系統（光源，鏡頭，工業相機），圖像采集單元，圖像處理單元，執行器和人機界面組成。功能模塊是相輔相成的，缺一不可。

1、照明（光源）

照明是影響機器視覺系統輸入的重要因素。光源系統的設計非常重要，它與輸入數據直接相關，即圖像的質量和應用效果。

工程師需要首先確定有效的照明條件，并根據用戶需求和產品特性選擇相應的照明設備，以確保在這種照明條件下生成的圖像可以突出顯示用戶所需的目標信息特征。

光源通常分為可見光源和不可見光源。工業上通常使用的可見光源是LED，鹵素燈，熒光燈等。不可見光源主要是近紅外光，紫外光，X射線等。

LED光源是一種廣泛用于教學的機器視覺光源，具有高效，長壽命，防潮，抗震，節能環保的特點。這是工程師在設計照明系統時的選擇。

不可見光源主要用于滿足某些特定需求，例如管道焊接過程的檢測，因為不可見光的穿透只能到達檢測點。

2、鏡頭

鏡頭是機器視覺系統中的重要組件，其作用是光學成像。

鏡頭的主要參數是焦距，景深，分辨率，工作距離和視場。

景深是指鏡頭可以獲取圖像時，被攝物體與焦點前后之間的距離范圍。

視場表示攝像機可以觀察到的范圍，通常以角度表示。一般來說，視野越大，觀察范圍越大。

工作距離是指鏡頭與被攝物體之間的距離。工作距離越長，成本越高。

在設計機器視覺系統時，請選擇參數符合用戶需求的鏡頭。

3、工業相機

在機器視覺系統中，工業相機必不可少。它們就像人的眼睛，用于捕獲圖像。工業相機根據感光器的不同可分為：CCD相機和CMOS相機。

CCD照相機的成本較高，但成像質量，成像透明度和色彩豐富度比CMOS照相機要好得多。CCD攝像機根據其使用的CCD感光元件可以分為線陣式和面陣式兩種。

線陣式CCD相機采用“線”的形式，并且圖像信息只能以行為為單位進行處理，分辨率高、速度快。它主要用于工業，醫療，科研等領域相配套的機器視覺系統上。

面陣式相機可以一次獲取整個圖像的信息，價格相對便宜。

4、圖像采集單元

圖像采集單元中的重要元素是圖像采集卡，它是圖像采集單元和圖像處理單元之間的接口。它用于數字化獲取的圖像，并將其輸入并存儲在計算機中。

5、圖像處理單元

包含大量圖像處理算法。采集圖像后，使用這些算法處理數字圖像，進行分析和計算，然后輸出結果。

6、執行器和人機界面

完成圖像采集和處理工作后，需要輸出圖像處理結果，并進行與結果相匹配的操作，例如剔除不良品，報警等，并通過人機界面顯示生產信息。

五、機器視覺系統的原理

通過光學系統，將被攝物體轉換為圖像信號，然后將圖像信號傳輸至圖像采集卡，并根據像素分布，亮度，顏色等信息轉換為數字信號，圖像處理單元有效地計算出這些數字信號并獲得拍攝目標的特征值，以根據判別結果指導設備執行相應的動作。