镜头|机器视觉硬件选型及应用国科大|数字经济|中国工程院院

机器视觉，逐渐渗入社会生活的方方面面，在人脸识别，图片识别，视频监控，3D应用的各领域，几乎都能看到机器视觉的身影。对工业领域而言，机器视觉的应用更是大大降低了高危作业的危险系数，保障了工业生产的安全性和高效性。机器视觉是人工智能范畴最重要的前沿分支，也是智能制造装备的关键零部件，他在工业生产中应用广泛，包括视觉引导与定位，识别，测量，检测等，随便工业数字化，智能化的逐渐深入，工业场景对机器视觉的需求不断增加，推动了机器视觉蓬勃发展。

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硬件选型
1、光源的选择

光源是基础，打光是艺术。一个好的打光效果，基本决定了视觉检测成功的一大半。光源的合理性选择，直接影响了输入图像数据的质量与应用效果。针对每个不同的应用案例与环境，需要选择相应的光源与合理的照明方式，以求达到最好的应用效果。

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1.光源可分为可见光和不可见光；常用的几种可见光源有LED灯、萤光灯、卤素灯（光纤光源)、特殊光源。
LED 灯：
? 使用寿命约10000－30000小时。
? 可以使用多个LED达到高亮度，同时可组合不同的形状；
? 响应速度快，波长可以根据用途选择，制成不同的颜色。
萤光灯：
? 使用寿命大约1500－3000小时；
? 优点：扩散性好、适合大面积均匀照射；
? 缺点：响应速度慢，亮度较暗。
光纤卤素灯：
? 使用寿命大约1000小时；
? 优点：亮度高；
? 缺点：响应速度慢，几乎没有光亮度和色温的变化。
【镜头|机器视觉硬件选型及应用】按照射方式不同可分为背向照明、前向照明、结构光和频闪光照明等。
背向照明是被测物放在光源和摄像机之间，它的优点是能获得高对比度的图像，图像效果为黑白分明的被测物轮廓，常用于尺寸测量；前向照明是光源和摄像机位于被测物的同侧，这种方式便于安装，主要用于检测物体表面的重要细节特征、缺陷和划痕。结构光照明是将光栅或线光源等投射到被测物上，根据它们产生的畸变，解调出被测物的三维信息。频闪光照明是将高频率的光脉冲照射到物体上，摄像机拍摄要求与光源同步。
按照照明方式可分为穹形光源、环形光源、平行光源、同轴光源、点光源、低角度光源、线光源、光栅等。选择光源的角度：根据期望的图像效果，选择不同入射角度的光源。
穹形光源，主要用于球型或曲面物体的缺陷检测、不平坦的光滑表面字符的检测、金属或镜面的表面检测。
环形光照射，多用于集成电路料带与管脚字符、金属工件刻印字符、光滑表面划痕、瓶口尺寸或裂痕、平面工件表面质量检测。
条形光源（可控照明，红色，蓝色，绿色单色光源）也叫条形灯是一种从侧面打光的照明光源，常用的角度是45度，也有更小的角度。侧光灯可以避免正面照射产生的强烈反光，同时还可以对边缘部分实现高亮的照明。是一种在尺寸测量、外观检测方面应用非常广泛的一种照明方式。
同轴光照射，图像效果为明亮背景上的黑色特征，用于反光厉害的平面物体检测，能够加强有差异角度的表面特征，增强表面纹理（划痕、凹陷、压印），减少阴影。
高角度照射，图像整体较亮，适合表面不反光物体；
低角度照射，图像背景为黑，特征为白，可以突出被测物轮廓及表面凹凸变化；