機(jī)器視覺(jué)模型的準(zhǔn)確性是幫助您的產(chǎn)品在市場(chǎng)上取得成功和可靠的最重要因素之一。為此，您必須擁有能夠提供高質(zhì)量圖像的強(qiáng)大圖像采集組件。組織制造流程的速度和總體吞吐量通常取決于機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的速度。

然而，許多用戶仍然發(fā)現(xiàn)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)不準(zhǔn)確且效率低下。系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室中處理樣品時(shí)效果很好，但無(wú)法滿足生產(chǎn)線上的精度要求。造成這些差異的原因之一是在實(shí)驗(yàn)室中構(gòu)建系統(tǒng)并試圖將其直接移植到制造環(huán)境中。這就是這種方法無(wú)法產(chǎn)生理想結(jié)果的原因，其原因在于圖像采集過(guò)程。

什么是圖像采集？

在圖像處理和機(jī)器視覺(jué)中，圖像采集是從源（通常是相機(jī)、傳感器等硬件系統(tǒng)）檢索圖像的操作。這是工作流程序列中的第一個(gè)也是最重要的步驟，因?yàn)槿绻麤](méi)有圖像，系統(tǒng)就無(wú)法進(jìn)行實(shí)際處理。系統(tǒng)獲取的圖像通常完全未經(jīng)處理。

為什么圖像采集很重要？

在圖像采集過(guò)程中，來(lái)自物體的入射光能通過(guò)對(duì)特定類型能量敏感的傳感器組合轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。這些微小的子系統(tǒng)協(xié)同工作，為您的機(jī)器視覺(jué)算法提供最準(zhǔn)確的物體表示。

雖然傳感器系統(tǒng)和攝像機(jī)主要依賴于現(xiàn)有的技術(shù)，但用戶可以完全控制照明。

在圖像處理中，它被定義為從某個(gè)源（通常是基于硬件的源）檢索圖像以進(jìn)行處理的操作。這是工作流程中的第一步，因?yàn)闆](méi)有圖像，就不可能進(jìn)行任何處理。

以下是主要的圖像采集組件：

扳機(jī)

通常，現(xiàn)代成像和視覺(jué)應(yīng)用采用觸發(fā)式圖像拍攝。工業(yè)相機(jī)中的傳感器主要采用連續(xù)曝光，因?yàn)樗鼈儧](méi)有像單鏡頭反光相機(jī)那樣的機(jī)械快門。

在現(xiàn)代成像和視覺(jué)應(yīng)用中，觸發(fā)式圖像拍攝是一種常見(jiàn)的做法。這種方式允許相機(jī)在接收到特定的信號(hào)（如外部觸發(fā)信號(hào)）時(shí)進(jìn)行圖像捕捉，而不是持續(xù)不斷地進(jìn)行拍攝。觸發(fā)式拍攝對(duì)于需要精確控制拍攝時(shí)機(jī)的情況非常有用，例如在高速運(yùn)動(dòng)物體的捕捉、精確測(cè)量等場(chǎng)景中，可以確保捕捉到最關(guān)鍵或最期望的瞬間。這種方式有助于提高圖像的質(zhì)量和效率，減少不必要的圖像數(shù)據(jù)，從而節(jié)省存儲(chǔ)空間和處理時(shí)間?1。

在工業(yè)相機(jī)中，傳感器主要采用連續(xù)曝光方式。連續(xù)曝光意味著相機(jī)不斷地或按照設(shè)定的速率進(jìn)行圖像的采集和曝光，這種方式適用于需要實(shí)時(shí)監(jiān)控或連續(xù)數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用。工業(yè)相機(jī)通常具有較高的分辨率和幀率，能夠處理復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境和快速的運(yùn)動(dòng)物體，提供實(shí)時(shí)的視覺(jué)反饋和數(shù)據(jù)收集。

完全自由運(yùn)行的相機(jī)會(huì)永久讀取來(lái)自傳感器的輸入。在“圖像查詢”時(shí)，當(dāng)前圖像會(huì)被完全捕獲。此后，開(kāi)始新的圖像采集，然后將完全捕獲的圖像傳輸?shù)絇C。傳感器、PLC和手動(dòng)操作按鈕可以執(zhí)行這些圖像查詢。觸發(fā)器還取決于您在系統(tǒng)中安裝的相機(jī)類型。

相機(jī)

在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中，相機(jī)負(fù)責(zé)從場(chǎng)景中獲取光信息，并使用CMOS或CCD傳感器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息（即像素）。傳感器是任何機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。系統(tǒng)的許多關(guān)鍵規(guī)格與相機(jī)的圖像傳感器相對(duì)應(yīng)。這些關(guān)鍵方面包括分辨率、傳感器容納的像素行數(shù)和列數(shù)。分辨率越高，系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)就越多，對(duì)環(huán)境差異的判斷就越準(zhǔn)確。然而，數(shù)據(jù)越多，處理就越多，這會(huì)嚴(yán)重限制系統(tǒng)的性能。

根據(jù)圖像格式，相機(jī)主要可分為以下三種類型：

2D相機(jī)

3D相機(jī)

高光譜相機(jī)

根據(jù)采集類型，攝像機(jī)可分為兩大類：

線掃描相機(jī)

區(qū)域掃描相機(jī)

雖然攝像頭和傳感器至關(guān)重要，但僅靠它們不足以捕捉圖像。

光學(xué)

光源發(fā)出的光必須通過(guò)傳感器上的鏡頭充分聚焦，才能以最大清晰度捕捉圖像。鏡頭應(yīng)為視覺(jué)系統(tǒng)提供適當(dāng)?shù)墓ぷ骶嚯x、圖像分辨率和放大倍數(shù)。要精確校準(zhǔn)放大倍數(shù)，必須知道相機(jī)的圖像傳感器尺寸和所需的視野。一些最常用的鏡頭包括：

標(biāo)準(zhǔn)分辨率鏡頭

這些鏡頭經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)無(wú)限遠(yuǎn)聚焦，并且失真和暈影較少。

微距鏡頭

它們是根據(jù)相對(duì)于相機(jī)傳感器的放大倍數(shù)來(lái)指定的，它們針對(duì)可忽略不計(jì)的失真的“特寫(xiě)”進(jìn)行了優(yōu)化。

高分辨率鏡頭

這些鏡頭比標(biāo)準(zhǔn)分辨率鏡頭性能更佳，適用于精確測(cè)量應(yīng)用。

遠(yuǎn)心鏡頭

這些是特殊的鏡頭，無(wú)論物體距離多遠(yuǎn)，都不會(huì)產(chǎn)生失真，并且能夠產(chǎn)生具有恒定放大倍數(shù)的圖像。

照明

照明可以說(shuō)是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中最重要的因素。照明應(yīng)為所有可見(jiàn)物體表面提供均勻的照明。照明系統(tǒng)的設(shè)置應(yīng)避免眩光和陰影。光譜均勻性和穩(wěn)定性是關(guān)鍵。

還需要考慮環(huán)境光和白天。在背光、明場(chǎng)照明、掠射、低角度線性陣列和暗場(chǎng)照明等技術(shù)之間，可以使用多種照明技術(shù)。具有最高對(duì)比度的技術(shù)可顯著提高機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的效率。

結(jié)論

上述圖像采集組件是圖像采集系統(tǒng)的一部分。整個(gè)圖像采集過(guò)程的目標(biāo)是創(chuàng)建機(jī)器視覺(jué)算法可用的圖像。成像系統(tǒng)的質(zhì)量在很大程度上決定了機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的成功與否。