視覺檢測是機器代替人眼來做測量和判斷，指通過機器視覺產(chǎn)品（即圖像攝取裝置，分 CMOS 和CCD 兩種）將被攝取目標轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號；圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。是用于生產(chǎn)、裝配或包裝的有價值的機制。它在檢測缺陷和防止缺陷產(chǎn)品被配送到消費者的功能方面具有不可估量的價值。但視覺檢測機器受相機、鏡頭、光源等因素的影響會產(chǎn)生不穩(wěn)定性，如何最大程度保證機器的穩(wěn)定性成了許多企業(yè)關(guān)心的問題。

不穩(wěn)定性因素

工業(yè)相機

工業(yè)相機的選擇主要考慮其傳感器類型、分辨率和幀率，其中傳感器分CCD與CMOS兩種，CMOS圖像傳感器集成度高，各元件、電路之間距離很近，干擾比較嚴重，成像噪聲高，CCD傳感器相機相對于CMOS相機具有靈敏度高、噪聲低和響應(yīng)速度快的特點，在穩(wěn)定性方面，CCD相機的抗沖擊與震動性也較強，一般來說，CCD傳感器相機在成像質(zhì)量上和穩(wěn)定性方面要優(yōu)于CCD相機。

工業(yè)鏡頭

影響照相機畫質(zhì)的另一個重要因素是照相機的鏡頭。除了根據(jù)實際工作條件選擇合適的鏡頭焦距、焦距、焦距等基本參數(shù)外，影響網(wǎng)絡(luò)檢測精度的重要因素是無法消除圖像幾何圖形的崎變誤差，只能進行嵌入。許多工業(yè)相機用各種方法來填補廣角鏡頭崎變引起的誤差，但在高精度檢測行業(yè)，幾何圖形會影響檢測精度。

光源

光源會增加圖像特征和缺陷，減弱干擾和背景圖的作用，很快影響輸入信息數(shù)據(jù)的質(zhì)量。由于沒有實用的照明設(shè)備，光源設(shè)計方案是機器視覺技術(shù)的問題，一般情況下不僅必須針對每個特殊應(yīng)用場合選擇光源類型，而且必須根據(jù)實際自然環(huán)境設(shè)置光源，估計光源照明方法已經(jīng)超過了最佳的實用效果。穩(wěn)定性因光源的種類而異，通常的不可見光源有LED光源、LED光源、太陽能燈、鈉光等。不

可見光最大的缺陷是太陽能燈等光能不能連續(xù)穩(wěn)定地導(dǎo)出。100小時內(nèi)光能下降15%左右。隨著應(yīng)用時間的延長，光能的導(dǎo)出持續(xù)減少。因此，光源的選擇差異也是影響視覺檢查裝置的不穩(wěn)定因素。

軟件檢測

檢測軟件穩(wěn)定性是影響機器視覺檢測結(jié)果的一項重要因素，視覺系統(tǒng)最終會在計算機上利用軟件采用有針對性的算法進行圖像濾波，邊緣檢測和邊緣提取等一系列圖像處理，不同的圖像處理和分析手段以及不同的檢測方法與計算公式，都會帶來不同的誤差，算法優(yōu)劣決定測量精度的高低。

外界環(huán)境

視覺系統(tǒng)工作環(huán)境因素包括環(huán)境溫度、光照度、電源電壓、灰塵、濕度以及電磁干擾等，良好的運行環(huán)境是視覺系統(tǒng)正常運行的保障。外界光照會影響照射在被測物體上的光照度，增加圖像數(shù)據(jù)輸出的噪聲，電源電壓的變化也會導(dǎo)致光源發(fā)光不穩(wěn)定，產(chǎn)生隨時間變化的噪聲。溫度變化也會對相機的性能產(chǎn)生影響，相機在出廠時都會標志正常工作的溫度范圍，電磁干擾是工業(yè)檢測現(xiàn)場不可避免的干擾因素，它對工業(yè)相機電路、數(shù)據(jù)信號傳輸電路等弱電電路的影響尤為嚴重。

解決方法

工業(yè)相機

如果企業(yè)沒有特殊需求，CCD傳感器相機是保證圖像質(zhì)量和穩(wěn)定性的首要選擇，其中相機的分辨率和幀率主要根據(jù)檢測精度和檢測速度來選擇，通過計算檢測物體的視場大小與相機與被測物之間的距離決定合適的分辨率，考慮被測物體的運動速度與檢測精度要求選擇相機的幀率。

工業(yè)鏡頭

需要根據(jù)相機的極限分辨率來選取對應(yīng)的鏡頭分辨率，選擇大于相機極限分辨率的相機即可，還需要根據(jù)工作距離與視野計算鏡頭的焦距，并根據(jù)被測物體與相機的距離變化選用合適的景深。在高精度測量下，要保證測量精度，除以上參數(shù)的正確選擇之外，可以選擇幾何畸變相對于普通鏡頭小的遠心鏡頭，遠心鏡頭不僅幾何畸變較小，還能減小物體距離變化帶來的誤差。

光源

若無特殊要求，對可見光光源，應(yīng)優(yōu)先考慮使用LED光源，在對采集圖像質(zhì)量有決定性影響的光源均勻性上，LED光源明顯優(yōu)于鹵素?zé)簟⑷展鉄舻绕渌庠?，而且它還具有耗電低、使用壽命長和對環(huán)境無污染的優(yōu)點。為了減小外界光對視覺系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，也可以通過增加光源箱的方式屏蔽外界光源。

算法

硬件采集到的原始圖像最終要通過圖濾波、邊緣檢測等算法才能完成檢測功能，實現(xiàn)檢測結(jié)果的輸出。其中圖像濾波可以抑制采集到圖像中存在的噪聲，降低光源與灰度值不穩(wěn)定的問題，提高信噪比，其本質(zhì)是通過算法保證圖像上像素點間最小方差最小。對于高精度測量系統(tǒng)來說，粗邊界像素級精度往往難以滿足要求，亞像素級邊緣定位技術(shù)在像素級別位置通過細分算法與擬合方法結(jié)合可以使邊緣位置達到0.1甚至0.01的亞像素級精度，系統(tǒng)檢測精度得到保證。

外部環(huán)境

最大程度減少外部環(huán)境的干擾，嚴格按照機器視覺檢測機器標注使用準則使用，例如相機在出廠時都會標志正常工作的溫度范圍，工廠應(yīng)當確保機器在正常溫度內(nèi)工作。使用合格的視覺產(chǎn)品，合格的視覺產(chǎn)品會在出廠時經(jīng)嚴格的抗干擾測試，極大的降低了外界電磁干擾對硬件電路的影響。

總的來說，機器視覺系統(tǒng)的設(shè)計需要考慮多方面的因素，除了根據(jù)需求按照常規(guī)選型參數(shù)選擇相應(yīng)參數(shù)的設(shè)備之外，還需要考慮光源的穩(wěn)定性、相機的畸變誤差，以及被檢測物體與相機之間的相對運動等因素給檢測系統(tǒng)帶來的穩(wěn)定性干擾與測量誤差。只有綜合考慮這些因素進行視覺系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，才能建立穩(wěn)定、合格的機器視覺檢測系統(tǒng)。

審核編輯：劉清