机器视觉硬件组件

为机器视觉系统选择合适的硬件

尽管大多数视觉系统都带有相似的硬件组合，但需要专门选择每个组件，且组件之间还需要实现无缝协作。  

任何机器视觉系统的精确配置均取决于其工作需求：您可以从应用出发，与供应商开展合作，以确定您需要如何进行精确设置。  

视觉系统的硬件组件包括图像传感器、镜头、盖板和处理器。

单色传感器与彩色传感器

机器视觉图像传感器为单色传感器，即每个像素仅检测其上面的光量强度，而非检测其颜色。这些传感器可以使用红色、绿色和蓝色滤光片捕获彩色图像，但在绝大部分工业应用领域，单色图像仍然是更高效的选择。由于彩色滤光片会降低光线强度，因此仅在绝对需要颜色的特定任务中使用彩色滤光片。

机器视觉图像传感器可以使用彩色滤光片捕捉彩色图像。

图像传感器

图像传感器位于所有视觉系统的中央，用来将光能转换成可由软件分析的电信号。

图像传感器是一种固态半导体芯片，由可以将光能转换成电信号的数百万光电探测器（称为像素）组成。该传感器使用的两个主要技术为电荷耦合器件 (CCD) 或互补金属氧化物半导体 (CMOS)。CMOS 技术更为前沿，由于成本更低、处理速度更快，在市场上占据了越来越多的份额，但 CCD 传感器仍用于需要超高质量图像的应用领域中。

图像传感器包含数百万个光电探测器，可将光能转换为电信号。

卷帘快门与全局快门

机器视觉相机使用电子快门来确定像素的曝光方式。尽管适用“快门”一词会让人想到传统机械相机，但这里的快门指的是传感器处理其上光量的方式，而非单独的元件。

卷帘快门图像传感器可以对像素行进行连续曝光。这种传感器成本较低，但如果成像的对象正在快速移动，则图像可能会失真。

全局快门图像传感器可以同时曝光图像上的所有像素。这种传感器的制造工艺可能更加复杂，但价格已经有所下降，并已广泛应用于工业应用领域。

卷帘快门（左）按顺序曝光像素行，而全局快门（右）则一次性曝光所有像素。

其他传感器功能

传感器具有非常广泛的特性，包括尺寸、分辨率、像素大小、帧率、灵敏度和动态范围。每个选择都会影响其他特性及成本。传感器还可以具备比人眼更广泛的光谱范围，可以检测红外线 (IR) 范围中的光线——这类传感器在某些工业应用中用处很大。

“我应该使用哪种传感器？”这类问题并没有唯一答案 传感器的选择应基于特定使用目的，对于快速移动的装配线，高帧率可能是必备的功能；如果是对于复杂产品中微小细节的检测，分辨率和动态范围可能更为重要。

机器视觉镜头

镜头采集光线并将其聚集到图像传感器上。镜头与传感器适当匹配，以确保完全照亮感光区域，其分辨率等于或大于传感器像素大小。

如果观察对象发生变化或相机发生位移，则需要重新手动对焦镜头。

但如果以上情况经常发生，或需要经常调整多个相机，则可能十分耗时。在这种情况下，自动对焦镜头就是理想选择。

如果预期会频繁出现变化，自动对焦镜头可根据需要自动调整聚焦，这样可以大大节省时间。

液态镜头是自动对焦镜头类型中一种专门镜头，其可即时调整其形状以确保对焦清晰。相比于类似规格的机械自动对焦镜头，液态镜头体积更小，更耐冲击和振动。

高速液态镜头 (HSLL) 可快速调整其形状以保持聚焦。

盖板

相机盖板也称为外壳，其可以保护昂贵的机器视觉相机在工业环境中操作时免受环境产生的灰尘、油、水、食物残渣、撞击及其他危险的影响。

盖板还可以散热，保护电缆连接、防止篡改干扰。

盖板按其对摄像机的防护等级进行分级，IP67 是工业环境中防尘相机的常用等级。IP67 等级还表示外壳为防水级别，因此可以安全地冲洗其操作区域。

其他视觉系统硬件要求

选择处理类型的另一因素是所需的硬件。通常来说，由于深度学习需要的是并行处理量，因此其需要运行被称为GPU的复杂并行处理器。边缘学习所需的处理量较少，且基于规则的算法最少。

一些工业相机具有机载处理或嵌入式处理功能。此类相机通常可以完全独立执行基于规则的处理和边缘学习处理。深度学习可能需要在独立个人电脑中配置更强大的处理器。