機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的主要組件包括視覺(jué)光源、鏡頭、圖像傳感器、視覺(jué)處理和通信。

光源用于對(duì)待檢測(cè)的元件進(jìn)行照明，讓元件的關(guān)鍵特征能夠突顯出來(lái)，確保相機(jī)能夠清楚地看到這些特征。

鏡頭用于采集圖像，并將圖像以光線的形式呈現(xiàn)給傳感器。

機(jī)器視覺(jué)相機(jī)中的傳感器將該光線轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，然后將該數(shù)字圖像發(fā)送至處理器進(jìn)行分析。

視覺(jué)處理模塊由各種算法組成，這些算法將對(duì)圖像進(jìn)行審核，提取所需的信息，進(jìn)行必要的檢驗(yàn)，并作出決策。通信通常是通過(guò)離散I/O信號(hào)或數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要是將這些信號(hào)或數(shù)據(jù)通過(guò)串行連接發(fā)送至一臺(tái)設(shè)備，以供記錄或使用。

大多數(shù)機(jī)器視覺(jué)硬件組件，如光源模塊、傳感器和處理器，都是以商用現(xiàn)貨（COTS）形式供應(yīng)的。用戶可以采購(gòu)這些商用現(xiàn)貨（COTS），將它們組裝成機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，或者直接采購(gòu)集成式機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，即一臺(tái)設(shè)備中集成了所有部件。

下面列出了機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的各個(gè)關(guān)鍵組件，包括：光源、鏡頭、視覺(jué)傳感器、圖像處理、視覺(jué)處理和通信。

光源

光源是成功獲取機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)結(jié)果的一個(gè)關(guān)鍵組件。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是通過(guò)分析從物品上反射過(guò)來(lái)的光線而不是分析物品本身來(lái)創(chuàng)建圖像的。照明技術(shù)涉及到光源及其與元件和相機(jī)的相對(duì)位置。特殊的照明技術(shù)可通過(guò)將部分特征弱化，而將其他特征增強(qiáng)，從而改進(jìn)圖像，舉例來(lái)說(shuō)，通過(guò)照明將元件的輪廓突顯出來(lái)，同時(shí)將表面細(xì)節(jié)遮擋住，以確保能夠測(cè)量元件的邊線。

1、背光

在僅需要進(jìn)行外部或邊線測(cè)量的應(yīng)用中，背光可用于增強(qiáng)物品的輪廓特征。背光有助于檢測(cè)物品的形狀，讓尺寸測(cè)量變得更可靠。

2、同軸光

軸向彌散照明是指將光線從側(cè)面耦合到光路中（同軸）。從側(cè)面對(duì)一面半透明鏡子進(jìn)行照明，然后，鏡子將光線向下投射到元件上。接著，元件通過(guò)這面半透明鏡子將光線反射回相機(jī)，從而產(chǎn)生光線比較均勻、外觀均質(zhì)的圖像。

3、結(jié)構(gòu)光

結(jié)構(gòu)光是指從一個(gè)已知的角度將光線圖案（平面、網(wǎng)格或更為復(fù)雜的形狀）投射到物品上。在提供不受對(duì)比度影響的表面檢測(cè)、采集尺寸信息以及計(jì)算體積時(shí)，這種照明技術(shù)蠻有用。

4、暗視場(chǎng)照明

定向照明包括暗視場(chǎng)照明和明視場(chǎng)照明，這種照明技術(shù)更容易揭示表面缺陷。暗視場(chǎng)照明通常是低對(duì)比度應(yīng)用照明技術(shù)。在暗視場(chǎng)照明中，鏡面光線從相機(jī)中反射出來(lái)，同時(shí)，因表面紋理和高度變化而產(chǎn)生的彌散光線則被反射到相機(jī)中。

5、明視場(chǎng)照明

明視場(chǎng)照明適用于高對(duì)比度應(yīng)用。但高度定向的光源（如高壓鈉燈和石英鹵素?zé)簦┛赡軙?huì)產(chǎn)生清晰的陰影，通常無(wú)法在整個(gè)視場(chǎng)內(nèi)提供均勻一致的照明。因此，高光澤或反射性表面上的熱斑和鏡面反射可能需要一種更加彌散的光源，才能在明視場(chǎng)中提供均勻一致的照明。

6、彌散穹頂照明

彌散穹頂照明能夠?qū)Ω信d趣的特征提供蠻均勻一致的照明，同時(shí)將不感興趣以及可能對(duì)場(chǎng)景造成混淆的不規(guī)則之處隱藏起來(lái)。

7、頻閃照明

頻閃照明適合高速應(yīng)用，這種照明技術(shù)能夠?qū)⒒顒?dòng)元件定格，以進(jìn)行檢查。另外，使用頻閃照明也有助于防止圖像模糊。

鏡頭

鏡頭用于采集圖像，并將圖像發(fā)送至相機(jī)中的圖像傳感器。不同的工業(yè)鏡頭在光學(xué)質(zhì)量和價(jià)格方面存在差異，所使用的鏡頭將決定所采集圖像的質(zhì)量和分辨率。

大多數(shù)視覺(jué)系統(tǒng)相機(jī)主要提供兩種類型的鏡頭：可現(xiàn)場(chǎng)互換的鏡頭和固定鏡頭?？涩F(xiàn)場(chǎng)互換的鏡頭通常為C接口或CS接口鏡頭。鏡頭和擴(kuò)展配件的正確組合可確保采集到好圖像。作為獨(dú)立式視覺(jué)系統(tǒng)一個(gè)組成部分的固定鏡頭通常采用自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)，包括機(jī)械調(diào)焦鏡頭和液態(tài)鏡頭，都能夠自動(dòng)對(duì)焦元件。自動(dòng)對(duì)焦鏡頭在指定的距離下通常擁有固定的視場(chǎng)。

圖像傳感器

相機(jī)能否采集到照明得當(dāng)?shù)拇龣z驗(yàn)元件圖像，不僅僅取決于鏡頭，還取決于相機(jī)內(nèi)的圖像傳感器。圖像傳感器通常使用電荷耦合裝置（CCD）或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）技術(shù)將光線（光子）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（電子）。

本質(zhì)上來(lái)講，圖像傳感器的工作就是采集光線，然后將光線轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，該數(shù)字圖像在噪影、靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍方面保持平衡。圖像是像素的集合。微弱的光線通常產(chǎn)生暗像素，而明亮的光線則會(huì)產(chǎn)生較明亮的像素。很重要的一點(diǎn)是，必須確保相機(jī)的傳感器分辨率適合應(yīng)用。分辨率越高，圖像將擁有越多的細(xì)節(jié)，測(cè)量則將越準(zhǔn)確。元件尺寸、檢測(cè)公差及其他參數(shù)將決定所需的分辨率。

視覺(jué)處理

視覺(jué)處理是指從數(shù)字圖像中提取信息，這可以在基于PC的外部系統(tǒng)中進(jìn)行，也可以在獨(dú)立式視覺(jué)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行。視覺(jué)處理是由視覺(jué)軟件分步驟進(jìn)行的。首先，從傳感器中獲取圖像。在某些情況下，可能需要進(jìn)行預(yù)處理，以優(yōu)化圖像，并確保所有必要的特征都突顯出來(lái)。接著，視覺(jué)軟件將定位具體的特征，進(jìn)行測(cè)量，并將這些測(cè)量結(jié)果與指定規(guī)格進(jìn)行比較。作出決策，并將結(jié)果發(fā)送出去。

雖然機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的許多機(jī)械組件（如光源）都提供類似的規(guī)格，但視覺(jué)系統(tǒng)的算法能夠?qū)⑺鼈儏^(qū)別開(kāi)來(lái)，當(dāng)我們對(duì)不同的解決方案進(jìn)行比較時(shí)，視覺(jué)系統(tǒng)的算法應(yīng)當(dāng)位于需要評(píng)估的關(guān)鍵組件列表首位。視覺(jué)軟件將根據(jù)特定的系統(tǒng)或應(yīng)用來(lái)配置相機(jī)參數(shù)，作出通過(guò)-未通過(guò)決策，與工廠車間進(jìn)行通信，以及支持HMI開(kāi)發(fā)。

通信

由于視覺(jué)系統(tǒng)經(jīng)常使用各種現(xiàn)成的組件，這些組件必須能夠與其他機(jī)器組件相協(xié)調(diào)，并且能夠快速、輕松地連接到其他機(jī)器組件。通常，這是通過(guò)離散I/O信號(hào)或數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主要是將這些信號(hào)或數(shù)據(jù)通過(guò)串行連接發(fā)送至一臺(tái)設(shè)備，以供記錄或使用。

離散I/O點(diǎn)可以連接到可編程邏輯控制器（PLC），PLC將使用這些信息來(lái)控制工作單元或指示器（如堆棧指示燈），或者直接連接到螺線管，該螺線管可用于觸發(fā)不合格產(chǎn)品剔除裝置。

串行連接式數(shù)據(jù)通信可以傳統(tǒng)的RS-232串行輸出或以太網(wǎng)的形式進(jìn)行。有些系統(tǒng)采用較高層級(jí)的工業(yè)協(xié)議，如以太網(wǎng)/IP，可以連接到顯示屏等設(shè)備或其他操作界面，提供適用于應(yīng)用的操作界面，從而方便流程的監(jiān)控和控制。