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机器视觉系统的构架与组成
发布时间：2019-05-31
机器视觉系统就是利用机器代替人眼来作各种测量和判断。它是计算机学科的一个重要分支，它综合了光学、机械、电子、计算机软硬件等方面的技术，涉及到计算机、图像处理、模式识别、人工智能、信号处理、光机电一体化等多个领域。图像处理和模式识别等技术的快速发展，也大大地推动了机器视觉的发展。根据信号的流动顺序主要包括以下的模块：
(1)光学成像模块。
该模块又可以分为照明系统设计和镜头光学系统设计两部分。
光照设计就是通过研究被测物体的光学特性、距离、物体大小、背景特性等，合理的设计光源的强度、颜色、均匀性、结构、大小，并设计合理的光路，达到获取目标相关结构信息的目的。
镜头是将物方空间信息投影到像方的主要部件。镜头的设计主要是根据检测的光照条件和目标特点选好镜头的焦距，光圈范围。在确定了镜头的型号后，设计镜头的后端固定结构。
(2)图像传感器模块。
该模块主要负责信息的光电转换，位于镜头后端的像平面上。目前，将为主流的图像传感器可分为CCD(Charge-coupledDevice电荷耦合元件)与CMOS图像传感器两类。因为是电信号的信源，所以良好稳定的电路驱动是设计这一模块的关键。
(3)图像处理模块。
该模块是主要负责图像的处理与信息参数的提出，可分为硬件结构与软件算法两个层次。
硬件层一般是CPU为中心的电路系统。基于PC的机器视觉使用的是PC机的CPU与相关的外设；基于嵌入式系统的有独立处理数据能力的智能相机依赖于板上的信息处理芯片如DSP、ARM、FPGA等。
软件部分包括一个完整的图像处理方案与决策方案，其中包括一系列的算法。在高级的图像系统中，会集成数据算法库，便于系统的移植与重用。当算法库较大时，通过图形界面调用算法库。
(4)IO模块。
IO模块是输出机器视觉系统运算结果和数据的模块。基于PC的机器视觉系统可将接口分为内部接口与外部接口，内部接口只要负责系统将信号传到PC机的高速通讯口，外部接口完成系统与其他系统或用户通讯和信息交换的功能。智能相机则一般利用通用IO与高速的以太网完成对应的所有功能。
(5)显示模块。
显示模块可以认为是一个特殊的用户IO，他可以使用户更为直观的检测系统的运行过程。基于PC的机器视觉系统中可以直接通过PCI总线将系统的数据信息传输到显卡，并通过VGA接口传到计算机屏幕上。独立处理的智能相机通常则通过扩展液晶屏幕和图像显示控制芯片实现图像的可视化。
机器视觉系统的优点有：
1、非接触测量，对于观测者与被观测者都不会产生任何损伤，从而提高系统的可靠性。
2、具有较宽的光谱响应范围，例如使用人眼看不见的红外测量，扩展了人眼的视觉范围。
3、长时间稳定工作，人类难以长时间对同一对象进行观察，而机器视觉则可以长时间地作测量、分析和识别任务。
机器视觉系统的应用领域越来越广泛。在工业、农业、国防、交通、医疗、金融甚至体育、娱乐等等行业都获得了广泛的应用，可以说已经深入到我们的生活、生产和工作的方方面面。
