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本文將探討機器視覺(jué)應用的 CMOS 圖像感應器技術(shù)及架構要求。此外，還將詳細分析機器視覺(jué)的基本組件，攝像頭為滿(mǎn)足應用需求需要哪些條件，以及如何設計出可滿(mǎn)足各種機器視覺(jué)應用需求、同時(shí)又能在圖像質(zhì)量與成本之間獲得平衡的攝像頭�？傮w上說(shuō)，機器視覺(jué)就是讓電子光學(xué)系統（攝像頭）連接至如計算機等處理單元，以進(jìn)行圖像處理并對相關(guān)系統實(shí)現控制。換言之，機器視覺(jué)系統就是指能夠看到目標對象的系統或計算機。受計算機控制的系統可包括生產(chǎn)單元、產(chǎn)品質(zhì)量控制以及抓放設備等。 機器視覺(jué)要求什么？ 機器視覺(jué)系統應當包括圖像感應器與透鏡系統，這通常整體稱(chēng)作攝像系統，可需要通過(guò)火線(xiàn)、USB或以太網(wǎng)等電氣接口連接到計算機，而計算機則連接至控制設備。 a) 攝像頭 b) 計算機（主機） c) 幀接收器 d) 應用軟件 機器視覺(jué)攝像頭的典型系統架構為： 1 離線(xiàn)處理功能的攝像頭 攝像頭連接到主機的電氣接口包括： 1 火線(xiàn) IEEE 1394 接口 2 USB 接口 3 自動(dòng)化圖像協(xié)會(huì )定義的千兆以太網(wǎng)視覺(jué)接口 (GigE Vision interface) 4 合成模擬視頻接口 5 LVDS 2 在線(xiàn)處理功能的攝像頭 近期，DSP 處理器發(fā)展非�？�，已經(jīng)具備實(shí)時(shí)執行復雜算法的計算功能，因此也使得攝像頭的在線(xiàn)處理成為可能。此類(lèi)攝像頭包括感應器與 DSP處理器，二者可通過(guò)非粘接邏輯、也可通過(guò)某種粘接邏輯連接。DMA 將感應器掃描的視頻直接發(fā)送至 DSP存儲器，并進(jìn)行逐幀處理�？刂坪瘮档淖罱K結果由處理器在被控制的系統中直接啟動(dòng)，或在主機上作為命令啟動(dòng)。 在攝像頭中進(jìn)行視頻處理的優(yōu)勢在于，數據處理可實(shí)時(shí)進(jìn)行，而且在火線(xiàn)、USB 或千兆以太網(wǎng)接口上沒(méi)有分組處理的負擔。我們可采用字節優(yōu)化型匯編代碼，在時(shí)鐘頻率超過(guò) 300 MHz 的 DSP 處理器上加快實(shí)時(shí)處理速度。 圖像算法的實(shí)時(shí)處理對檢查應用至關(guān)重要，例如，能夠檢查出傳送帶上移動(dòng)過(guò)快的的器件。一個(gè)幀圖像的計算完成并采取相應行動(dòng)后，才可以繼續向系統傳輸下一個(gè)圖像幀。 對于機器視覺(jué)系統來(lái)說(shuō)，圖像質(zhì)量是直接影響最終圖像處理結果的關(guān)鍵因素。特別是在自然光照條件下，圖像質(zhì)量隨著(zhù)光源條件的變化會(huì )有明顯的不同。對諸如“增益”和“曝光時(shí)間”等攝像頭設置作出相應調解可對不穩定的環(huán)境光情況作出補償，從而提高圖像質(zhì)量。 根據最終應用的情況和感應器與掃描對象的距離，光源可由單獨的設備提供，也可以是攝像頭透鏡周邊的一部分。如果光源在攝像頭周邊，那么攝像頭可與光源一起移動(dòng)。常用的光源包括鹵素燈泡、熒光燈泡以及發(fā)光二極管 (LED) 等。 影響圖像質(zhì)量的因素包括： 1 光照強度 2 光照方向 3 目標距離 4 焦距 5 采樣率 6 曝光時(shí)間和增益 7 暗漏電流 8 分辨率（像素數量） 透鏡的選擇與要求： 高質(zhì)量透鏡與感應器質(zhì)量同等重要。攝像頭是一種電子光學(xué)系統，需要光學(xué)元件和電子元件協(xié)作生成圖像。圖像模糊問(wèn)題通常是由透鏡選擇不當造成的。最佳透鏡尺寸和形狀取決于焦距，不過(guò)對較小的對象距離來(lái)說(shuō)，一般使用C座透鏡。如果攝像頭需要在高反射環(huán)境條件下工作，那么最好選用抗反射膜透鏡。整體攝像頭的視野覆蓋面取決于所需視野的區域、工作距離和透鏡。 透鏡設計／選擇的另一關(guān)鍵參數就是最終對象分辨率（單位為毫米或密耳，即千分之一英寸）。 如果攝像頭用于測量生產(chǎn)環(huán)境下的對象尺寸，需考慮以下幾個(gè)重要參數： 1 視野 2 感應器分辨率（像素數量） 3 圖像質(zhì)量 4 視覺(jué)工具精確度 例如，如果采用 IBIS5-1300 感應器（130 萬(wàn)像素，分辨率為1280(h) X 1024 (v)），工具的精確度為十分之一像素，那么 5 英寸寬、4 英寸高的對象在6英寸 FOV 水平方向上精確度可達到 0.0004 英寸。 分辨率：根據視野和最終掃描對象的圖像粒度，一般使用 VGA 到百萬(wàn)像素陣列標準。 靈敏度：?jiǎn)紊虿噬捍蠖鄶禉z查應用可采用單色感應器生成灰度級。典型的應用包括條形碼閱讀器、指紋掃描儀、制造設備的尺寸測量等。 如果質(zhì)量和生產(chǎn)控制中需要掌握對象的色彩信息，則使用彩色感應器，如辣椒或蘋(píng)果的分級和分類(lèi)等。感應器的24位彩色數據可捕獲 1740 萬(wàn)種不同的色彩。 感應器的參數和選擇： 就機器視覺(jué)應用而言，感應器和攝像頭需要支持多種不同的分辨率和幀速率。如果感應器支持可編程特性，那么就能針對各種機器視覺(jué)應用增加更多通用攝像頭設計。通常支持的特性包括： * 窗口和分辨率選擇 * 用戶(hù)可對高幀速率進(jìn)行編程 * 標準電氣 CMOS 接口 * 低感應器暗漏電流 * 寬動(dòng)態(tài)范圍 必須在工業(yè)操作環(huán)境內確�？煽啃院透袘餍阅�。設備應當是工業(yè)級的，通常在 0 至 80 攝氏度之間操作。 應用： * 引導：采用機器人抓放技術(shù)的設備系統 * 檢查：紋理、表面、商標、組裝 * 測量：產(chǎn)品部件的物理尺寸、組裝部件尺寸 * 識別：抓放設備、機器人技術(shù)、讀取字符、讀取代碼 賽普拉斯半導體為圖像感應器提供了高幀速率和用戶(hù)可選的參數，同時(shí)能在工業(yè)溫度范圍內正常工作，因此可理想地用于機器視覺(jué)攝像頭設計。就 IBIS 和 LUPA 系列感應器而言，幀速率在每秒 30 F至 500 F之內。 |
