机器视觉含有哪些硬件？

　　随着各行各业对采用图像和机器视觉技术的工业自动化、智能需求开始广泛出现，机器视觉逐步开始了工业现场的应用。

　　在政府的利好驱动下，国内机器视觉行业加快速度进行发展，中国正在变成全球机器视觉发展最活跃的地区之一。预计到2025年我国机器视觉市场规模将达246亿元。下面来深入了解一下机器视觉。

　　机器视觉是一项综合技术，包括图像处理、机械工程技术、控制、电光源照明、光学成像、传感器、模拟与数字视频技术、计算机软硬件技术(图像增强和分析算法、图像卡、I/O卡等)。

　　一个典型的机器视觉应用系统包括图像捕捉、光源系统、图像数字化模块、数字图像处理模块、智能判断决策模块和机械控制执行模块。

　　总的来说，机器视觉就是一个软硬件相结合的综合技术，需要软件对图像做处理，也需要硬件提供稳定和高质量的图像，两者同样重要。作为开发，软件模块比较熟悉，硬件系统的相关知识储备弱一些，本文对机器视觉中的硬件相关资源做个简单的汇总，感兴趣的朋友不妨参考看看。

　　工控机能够理解为PC主机，只是这个主机在图像采集和处理和相关的控制和接口做得更强一些。在机器视觉系统中，工控机的性能直接影响整个视觉系统的处理速度和运行时间，是整个视觉系统的关键。工控机的选择需要从以下4个方面考虑：

　　-------很重要，确定视觉系统中摄像机的数量、光源控制器和连接方式。如系统有8个摄像头，4个光源需要控制，摄像头通过网线接口，如此能确定工控机的网络接口、串口数量。

　　面阵相机：实现的是像素矩阵拍摄。相机拍摄图像中，表现图像细节不是由像素多少决定的，是由分辨率决定的。分辨率是由选择的镜头焦距决定的，同一种相机，选用不同焦距的镜头，分辨率就不同。 像素的多少不决定图像的分辨率（清晰度），那么大像素相机有何好处呢？答案只有一个：减少拍摄次数，提高测试速度。

　　线阵相机：顾名思义是呈“线”状的。虽然也是二维图像，但极长。几K的长度，而宽度却只有几个象素的而已。一般上只在两种情况下用这种相机：一、被测视野为细长的带状，多用于滚筒上检测的问题。

　　二、需要极大的视野或极高的精度。在第二种情况下（需要极大的视野或极高的精度），就需要用激发装置多次激发相机，进行多次拍照，再将所拍下的多幅“条”形图象，合并成一张巨大的图。

　　因此，用线阵型相机，必须用能支持线阵型相机的采集卡。 线阵型相机价格贵，而且在大的视野或高的精度检验测试情况下，其检测速度也慢－－一般相机的图象是 400K～1M，而合并后的图象有几个M这么大，速度自然就慢了。慢功出细活嘛。由于以上这两个原因，线阵相机只用在极特殊的情况下。

　　CCD相机能提供很好的图像质量、抗噪能力，尽管由于增加了外部电路使得系统的尺寸变大，复制下提高，但在电路设计师可灵活性更好，更好的提升CCD相机某些关切的性能。CCD更适合于对相机性能要求非常高而对成本控制不太严格的应用领域，如天文、高清晰的医疗X光影像、别的需要长时间曝光，对图像噪声要求比较严格的应用场合。

　　CMOS相机具有成品率高、集成度高、功耗小、价格低等优点。但本身图像的噪声比较多。目前的CMOS技术持续不断的发展，已经克服了早期的许多缺点，发展到了图像品质方面能与CCD技术相较量的水平。

　　CMOS适用于要求空间小、体积小、功耗低而对图像噪声和质量发展要求不是特别高的场合。如大部分辅助光照明的工业检测应用、安防保安应用、和大部分消费性商业数码相机。目前CCD工业相机仍然在视觉检验测试方案中占据主导地位。

　　相机每次采集图像的像素点数，一般对应于光电传感器靶面排列的像元数。分辨率的选择还应该要依据使用场景和精度需求来定，不是越高越好。

　　每位像素数据的位数，常见的是8bit，10bit，12bit。分辨率和像素深度共同决定了图像的大小。例如对于像素深度为8bit的500万像素，则整张图片应该有500万*8/1024/1024=37M（1024Byte=1KB，1024KB=1M）。增加像素深度能加强测量的精度，但同时也降低了系统的速度，并且提高了系统集成的难度（线缆增加，尺寸变大等）。

　　相机采集和传输图像的速度，对于面阵相机一般为每秒采集的帧数（Frames/Sec），对于线阵相机为每秒采集的行数（HZ），帧率的选择需要仔细考虑拍摄动态的场景。

　　工业线阵相机都是逐行曝光的方式，可以再一次进行选择固定行频和外触发同步的方式，曝光时间能与行周期一致，也可以设定一个固定的时间；面阵相机有帧曝光、场曝光和滚动曝光几种常见方式，工业数字相机一般都提供外触发采图的功能，快门速度一般可到10ms，高速相机还会更快。

　　噪声是指成像过程中不希望被采集到的，实际成像目标之外的信号。总体上分为两类，一类是由有效信号带来的散粒噪声，这种噪声对任何相机都存在；另一类是相机本身固有的与信号无关的噪声。它是由于图像传感器读出电路、相机信号处理与放大电路带来的固有噪声，每台相机的固有噪声都不一样。

　　对于利用相机做视觉项目的开发，对相机的控制（拍照，摄像，保存，设置参数等）是必不可少的，一般厂家会提供控制Demo，开发时需要将控制功能应用到我们的项目中。

　　选择的镜头的支持CCD尺寸要不小于相机CCD传感器芯片的尺寸，另外安装座是C、CS或F型接口也要匹配，同时考虑镜头的工作距离，是否留有足够空间等。如果对镜头的选择还是拿不准的话，能咨询厂家的技术上的支持，让厂家根据你的应用场景推荐合适的镜头即可。

　　机器视觉中补光是必须的操作，如果单纯地调大相机的曝光时间，会增大图像的噪声，降低图像的质量，必须要选择正真适合的光源才行。光源的选择分光源灯和光源控制器两部分。

　　机器视觉提供的光源也很丰富，是因为视觉行业应用十分普遍，应该要依据具体的项目选择正真适合的光源，才会达到理想的效果。

　　光源控制器是为测试环境提供照明的，一般会提供开发接口，控制指定的输出端口点亮，熄灭，主要是配合相机为软件提供符合标准要求的图像。

　　机器视觉系统对测试环境要求比较高，涉及到摄像头，光源，待测目标位置摆放等问题，原则是需要出示一套稳定，高质量的图像。测试环境可能还要专业的机构来设计，如果是实验用的简易环境可以在网上购买实验用的支架即可。

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