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    相机是一个光电转换器件,它将光学成像系统所形成的光学图像转变成视频/数字电信号.相机通常由核心的光电转换器件、外围电路、输出/控制接口组成.目前最常用的光电转换器件为CCD,其特点是以电荷为信号,而不像其他器件输出电流或者电压信号.上世纪90年代,一种新的图像传感器开始兴起,这种相机称为CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物半导体)相机.
    对相机除了考察其光电转换器件外,还应考虑系统速度、检测的视野范围、系统所要达到的精度等因素.
    相机输出的模拟视频信号并不能为计算机直接识别,图像采集卡通过对模拟视频信号的量化处理将模拟视频信号数字化,形成计算机能直接处理的数字图像,并提供与计算机的高速接口.图像采集卡需要实时完成高速、大数据量的图像数据采集,必须与相机协调工作,才能完成特定的任务.除A/D转换外,图像采集卡还具备其他一些功能,包括:
    ● 接收来自数字相机的高速数据流,并通过计算机高速总线传输至系统存储器;
    ● 对多通道图像接收、处理和重构;
    ● 对相机及系统其他??榻泄δ芸刂?

    照明设计
    照明是机器视觉系统中极其重要而又容易为人忽视的环节.其设计是机器视觉系统设计的重要步骤,直接关系着系统的成败和性能.因为照明直接作用于系统的原始输入,对输入数据质量的好坏有直接的影响.光源决不仅仅是为了照亮物体,通过有效的光源设计可以令需要检测的特征突出,同时抑制不需要的干扰特征,给后端的图像处理带来极大的便利.而不恰当的照明方案会造成图像亮度不均匀,干扰增加,有效特征与背景难以区分,令图像处理变得极其困难,甚至成为不可能完成的任务.
    照明设计主要包括三个方面: 光源、目标和环境的光反射和传送特性、光源的结构.由于被测对象、环境和检测要求千差万别,因而不存在通用的机器视觉照明设备,需要针对每个具体的案例来设计照明的方案,要考虑物体和特征的光学特性、距离、背景,根据检测要求具体选择光的强度、颜色和光谱组成、均匀性、光源的形状、照射方式等.
    机器视觉系统设计.jpg
    照明设计是一项非常复杂的工作,不仅需要理论知识和分析能力,也常常需要反复的试验和调整.“光源是基准,打光是艺术”,这句话道出了照明设计在机器视觉系统中的重要地位.

    在现代自动化生产过程中,机器视觉已经开始慢慢取代人工视觉,尤其是在工况检测、成品检验、质量控制等领域,应用广泛,随着工业4.0时代的到来,这一趋势不可逆转.{}为什么要用机器视觉替代人工视觉

    机器视觉,就是用机器代替人眼,来做测量和判断.本质上,机器视觉是图像分析技术在工厂自动化中的应用,通过使用光学系统、工业数字相机和图像处理工具,来模拟人的视觉能力,并做出相应的决策,最终通过指挥某种特定的装置执行这些决策.

    ISO标准
    一些高速相机制造商使用国际标准化组织(ISO)的标准来规定该灵敏度.虽然ISO12232定义了三种方法来测量ISO灵敏度,但最常用的做法是将灵敏度与相机系统饱和所需的曝光度相互关联.于是,此项ISO值可以用来确定相机的标称曝光时间和/或照明要求.
    在这种相机中,在图像传感器上使用色彩滤镜阵列(CFA),将减少在每个照相位置处捕获的光的数量,从而降低ISO等级.然而,ISO标准可以用于确定相机的灵敏度,但它与图像质量无关,因为提高相机增益可以用于增加ISO速度,但要以增加图像噪声为代价.
    提高灵敏度
    为了提高高速相机的灵敏度,许多制造商使用具有高量子效率和高填充因子的成像器.出于这点考虑,很多高速相机制造商选用具有大像素尺寸的成像器.

    尽管增加像素尺寸可以提高相机的灵敏度,但是它们对所捕获图像的分辨率具有一定的负面影响,因为是以线-对/毫米(line-pairs/mm)来测量的,那么较大像素相对较小像素的分辨率会略低.然而在很多高速成像应用中,这点可能不做重点考虑.

    随着低成本CMOS图像传感器的出现,高速相机正变得越来越普及.这些相机正越来越多地出现在包括科学、运动分析和汽车碰撞测试等诸多应用中.
    然而,该如何决定哪种类型的高速相机最适合特定应用呢?在此之前,我们必须仔细考虑诸如帧率、分辨率、存储容量,以及相机到计算机之间的接口类型.同样重要的是,还要考虑相机可以支持哪种类型的镜头、采用哪种类型的照明能产生最高对比度的图像.

    快门速度
    由于高速成像应用通常是高度特定化的,因此需要平衡好这些技术参数,才能选出最具成本效益的相机.两个最重要的考虑因素是相机的最小快门速度和最大帧率.

    虽然快门速度是单幅图像的曝光时间,但是最大曝光时间永远不能超过1/帧率.1/1000秒的快门速度,并不与1000fps的帧率直接相关,因为可以在每帧1/1000秒的曝光时间下,将相机的帧率设置为较慢的速率(例如30fps).


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