集成视觉系统

视觉系统集成已经很长。随着加工电源的增加，更强大的算法和设计用于更苛刻要求的照明和光学，今天可以通过以前解决更多的应用。但是，即使有这些进步，部署了完整的内联检查系统也可能是令人生畏的。与正确的工具一起武装将使流程变得更加容易。

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申请要求
照明
相机
镜头
额外因素
Telecentricity
部署

今天，越来越多的制造商提供了大量的视觉产品。例如，一些光学制造商提供超过300种镜头选择，以覆盖广泛的应用，即使有这么多选择，他们可能仍然不能解决所有的需求。更复杂的是，来自不同制造商的产品可能需要集成以产生最佳的解决方案。

作为这些产品的消费者，工程师必须来到桌面上准备的桌面，以辨别哪些产品和供应商最适合满足其应用需求。该前期信息包括特定的应用要求;需要的短期或长期支持的类型，当然是预算。通常，应用程序要求将推动所需的支持类型。

申请要求

应用程序要求是与检查下的部件直接相关的规范：从这些部分中提取的信息，以及在收集结果后将在零件或过程中完成的信息。可以从此信息生成系统规范。从长远来看，工程师使用系统规范的舒适将确定系统的成功。系统规范将驱动到要集成的组件上的大部分决策。

要编写一个好的系统规范，首先将系统的完整列表放在一起，系统应该能够检查，它应该收集的数据类型以及该数据的准确性要求。下一个更重要的是，列出每个检查区域的原因，以及每次检查的重要结果是多么重要。

在收集这些信息之后，工程师必须采取可能是应用程序中最困难的步骤——决定他们要做什么想系统做的和它需要去做。当然，每个人都希望系统尽可能多地做，但在长期以来，增加了似乎是小功能集，这不是真正需要的最终系统成功可能导致成本大大增加。它甚至可以危及应用于应用的关键部分所达到的准确性。

此时，工程师应咨询视觉系统集成商。集成商擅长识别执行的操作速度昂贵，并且可能是交易破坏者。对于需要高级别测量精度，长工作距离，高反射部件，复杂的部件几何或饰面，或在同一条线上的不同部件尺寸，工程师均得到了高度的工作距离，以及不同的部件，以便联系光学和照明专家。对于许多应用程序来说，相机软件是系统的大脑，而光学和照明是心灵和灵魂。两者都同样重要，必须正确匹配系统以最佳地执行。

在编写规范之后，还必须考虑另外两个关键因素。首先，系统在实际操作中会被放置在哪里，在何种程度上它会与物料处理设备进行通信?最重要的是，这两个问题会导致初始成本和成本超支。必须从一开始就处理这些领域，因为它们将决定许多系统组件。

最后，考虑系统的预算。应该考虑所有方面的成本节约，以获得一个如何证明系统成本的好主意。许多工程师可能会对一个良好、健壮的视觉系统的成本感到震惊。然而，在大多数情况下，即使是看起来很高的价格，也可以通过更高的吞吐量、更高的可靠性、更少的客户回报、更高的客户满意度、更少的返工、更少的停机时间和更少的与制造过程的人力互动来迅速回报自己。

完成准备工作，是时候开始匹配光学，照明，摄像机和软件来构建系统的骨干。一款书面规格将帮助工程师通过市场上各种产品涉及，创建建立正确系统所需的简短组件列表。在一天结束时，大多数工程师都希望生产具有足够的像素信息的均匀平衡，强大的高对比度图像，以最大化软件的算法能力。必须考虑许多因素来产生此类图像。

照明

照明通常是首先需要解决的问题。在许多情况下，这是最棘手的领域。物体的大小或几何结构越复杂，物体中材料的种类越多，材料特性的范围越广，物体的反射性越高，系统就越难创建可重复的，甚至对比度的图像。

在许多情况下，简单的物体可以通过基本，经济效益，定向照明来照亮，这些光线简单地设计和易于使用和安装。相反，复杂的物体需要多个需要更麻烦的安装的灯。这种设置对未对准更昂贵和更敏感。

照明光源有多种选择。它们有不同的颜色特征、寿命、功能，随温度和环境变化，以及不同的坚固程度。在构建系统时应该考虑所有这些问题，并且必须与工厂环境相关，而不是与系统最初构建的实验室相关。

关于照明的最后一个警告:制造部件所用材料的变化会在转换后对视觉系统的运行能力造成严重破坏。大多数情况下，这与使用的照明有关。如果该过程使用了各种材料，请让积分器提前意识到这一事实。此外，如果工程师希望在系统部署后改变制造流程，请与集成商确认一切都能正常工作，或者在运行新部件之前让它更新系统。如果不是，期待一个很高的排斥率从视觉系统的开关一完成。

相机

多种相机分辨率，成像仪大小和功能可供选择。只有考虑到相关图像处理算法的智能化，这一产品范围才会扩大。

许多系统中最大的错误之一在给定功能上没有足够的像素来产生准确和可重复的结果。了解算法最大化其功能的位置将有很长的路要产生所需的结果，更不用说允许工程师直接关联成像器需要的像素。

例如，考虑一个物体与浅色背景上的一组黑圆圈。即使成像仪在每个圆上只有2 x 2或3 x 3像素的区域，也很容易计算给定区域中的数量。每个人似乎都会成为明亮的背景上的黑暗点，并将通过软件轻松分析。现在延长要求一下。如果你想衡量每个圈子的圆度怎么办？即使具有最强大的BLOB分析，边缘检测和子像素算法，也是不可能的高精度和可重复的结果。

通过简单地加强相机分辨率的级别，工程师可以增加因子四分分析的像素数，从而大大利用那些强大的算法。这是为什么编写好系统规范的一个例子是如此重要。显然，计数点比测量它们的数量很差。幸运的是，工程师不需要自己全力以赴。在相机或软件提供商的帮助下，集成商可以提供最佳相机以产生最佳结果。

镜头

需要确定的系统的最后一部分是镜头。虽然系统的每个部分都很重要，但选择错误的光学器件可以使所有其他努力浪费。

这里需要记住的最关键的一点是，即使两个镜片看起来有相同的规格，它们也可能不是相同的产品。例如，四种不同的镜头都可以被列为25毫米镜头，具有相同的安装类型、相同的角度视野和相同的f光圈设置。一个可能是为了安全目的而设计的，一个用于文档处理，一个用于高端摄影，还有一个真正用于机器视觉。

需要确定的系统的最后一部分是镜头。虽然系统的每个部分都很重要，但选择错误的光学器件可以使所有其他努力浪费。

回到我们的圆点示例，所有四个透镜都可能满足计算圆点的要求。但是，为了测量圆点的圆度，工程师们会发现，为机器视觉设计的透镜将远远优于其他透镜。同样，一个写得很好的规范将导致最好的选择，工程师们被建议咨询光学专家。

额外因素

在选择光学系统并将整个系统连接在一起时，必须考虑其他一些参数。这些包括视场、工作距离、景深、分辨率和对比度。

视野（FOV）是检验中对象的可见区域。换句话说，这是填充相机传感器的物体的一部分。相机传感器的大小可能对FOV产生剧烈影响，并且应在将系统放在一起时占用。

工作距离是从镜头前面到被检查物体的距离。物体的高度和系统的总轨迹都能起到很大的作用。此外，应用程序的照明可以对系统中镜头的工作距离有很大的影响。一些照明选择必须集成在光学和物体之间。这些会占用大量空间，必须加以安置。

景深（DOF）是最大的对象深度，可以完全保持在焦点中。DOF也是在保持可接受的焦点的同时移动进出焦点和焦点的物体的量。

镜头的分辨率是可以由镜头再现的物体的最小特征尺寸或细节。

对比与分辨率相关联。对比度描述了黑人可以与白人区分开。在现实生活中，黑白线条会模糊到一定程度的灰色。边缘的噪音和模糊会导致对比度下降。两个镜头可以具有相同的分辨率，但对比度粗略不同。光线和暗线之间强度的差异越大，对比度越好。

这直观地明显，但它比它首先出现更重要。对比度是黑人和白人之间强度的分离。再现对象对比度与再现对象细节一样重要，这主要是解决。

我们再举一个点的例子。如果两种不同的镜片都能分辨斑点，但其中一种可以分辨10%的对比度，另一种可以分辨50%的对比度，那么50%的镜片将远远优于另一种。

考虑两个点彼此靠近并通过镜头成像。由于光的性质，即使是一个完美的设计和制造的镜头也不能准确地再现对象的细节和对比度。即使当镜头在衍射极限处运行时，点的边缘也会模糊在图像中。当它们远远换句话说，在低频时 - 点是不同的，但随着它们彼此接近，闪和料重叠直到不再区分点。分辨率取决于成像系统检测点之间的空间的能力。因此，系统的分辨率取决于由衍射和其他光学误差，点间距和系统检测到对比度引起的模糊。

理解分辨率和对比度的另一个重要点是，它们在场上的每个点都不一样。离图像中心越远，分辨率和对比度就会下降得越多。这可能导致不合格的零件被通过或好的零件被失效。

还有其他的事情可以做，以提高一个镜头的性能在系统内。如果只使用一种颜色，那么色差就不再是问题。如果该系统不需要在整个光谱上进行颜色校正，那么镜头设计可以更简单。使用单色led也可以简化照明系统，因为单色led比白炽灯消耗更少的能量，产生更少的热量。这种效果也可以通过使用带有白光光源的彩色滤镜来实现。过滤器可以是一种低成本提高系统性能的方法。此外，单色光源和滤光片可用于进行颜色分析。

失真是几何光学误差，其中关于对象的信息在图像中错位，但实际上并不丢失。失真可以采用几种不同的形式。

有单调的失真，这意味着失真与图像的中心始终是正的或负面的边缘。由于工程师从现场中间到边缘工作，而不是单调的失真实际上将在负面和正扭曲之间来回来回。

在镜头的设计期间可能发生不是单调的失真，以减少镜头中的整体变形或与设计类型特异性相关的因素。无论是失真是否是单调的，软件都可以用于考虑失真，以便可以进行准确的测量。

使用测量软件和已知尺寸的点目标，可以从图像的中心测量不同距离处的失真。失真与距离中心中心的距离没有线性相关。对于单调和非单调设计来说是如此。在完成此之后，可以在图像期间从图像中处理失真或者在测量期间考虑。从图像中删除畸变并重绘图像可以是处理器密集型操作。

Telecentricity

透视误差，也称为视差，是人类日常经验的一部分。事实上，正是视差让大脑能够解读3D世界。人类希望距离较近的物体比距离较远的物体看起来相对较大。这种现象也出现在传统的成像系统中，物体的放大倍数随着其与透镜的距离的变化而变化。远心透镜在光学上纠正了这一现象，因此在透镜定义的范围内，物体保持独立于它们的距离的同样可感知的大小。

对于许多应用，期望信心是理想的，因为它在一系列工作距离内提供了几乎恒定的放大率，几乎消除了透视角误差。这意味着对象移动不会影响图像放大率。因此，系统的准确性和重复性大大增加。

在具有物体空间电信的系统中，对象朝向或远离镜头的移动不会导致图像变大或更小，并且沿光轴具有深度或程度的物体不会出现似乎它倾斜的物体。例如，圆柱形物体圆柱形轴线平行于光轴的圆柱形物体在远心透镜的图像平面中似乎是圆形的。在一个NontelecEntric镜头中，这个同一物体看起来像比萨的斜塔。物体的顶部似乎是椭圆形的，而不是圆形的，并且侧壁将可见。