机器视觉是工业自动化的眼睛。

机器视觉是工业自动化的眼睛。其主要工作流程是：系统通过机器视觉产品（如摄像头、CMOS或CCD）将拍摄的目标转换为图像信号，然后将图像信号传输到专用图像处理系统。根据像素分布、亮度和颜色等信息，再将图像信号转换为数字化信号，最终使机器（机器人或其他工业工具）能够完成制造和质量验证等工业任务。

机器视觉是工业4.0的关键要素，它正以多种方式帮助工业自动化系统，例如通过改善库存、检测故障产品和提高制造质量来提高效率。若要准确地模拟人类的感知，机器视觉需要一系列设备和软件的帮助。而这些软硬件技术的不断发展进一步推动了机器视觉技术的演进。

#01 智能摄像头

摄像头（camera）是机器视觉系统中检查物体或物品的主要设备。有时，一个特定的检查点可能需要安装多个摄像头，以确保可以正确检查每一个细节。当机器视觉系统需要从图像中捕获和提取特定应用程序的信息时，这时就需要智能摄像头的支持。智能摄像头通常包含所有必要的通信接口，并可连接到Wi-Fi或服务器，以便传输捕获的图像数据。作为一种强大工具，深度学习能使系统设计师快速实现复杂且主观决策的自动化，同时有效提高产品质量和产能。由Teledyne Flir公司提供的FLIR Firefly DL摄像头，内建的深度学习推断使得该产品不再需要任务分类的主机系统，大大降低了系统的成本和复杂性。Firefly DL摄像头尺寸小巧、重量轻且功耗低，非常适合嵌入移动、桌面和手持系统。
Omron Industrial Automation公司的S133 UVC彩色CMOS摄像头同样是一款智能摄像头产品，它内置CMOS传感器，采用超紧凑结构，即插即用，是寻找具有机器视觉功能摄像头的理想选择。由于使用方便，S133 UVC彩色CMOS摄像头深受工业/机器视觉应用、汽车、生命科学等领域的欢迎。
#02 3D摄像头

3D摄像头可以在图像中显示被检测物的深度，以显示图像的不同角度。通过在机器视觉系统中使用3D摄像头，将带来不同的视角和深度感知。飞行时间（ToF）摄像头是使用飞行时间原理测量距离的3D摄像头。ToF成像技术允许它在不扫描物体的情况下进行3D成像，该技术通常可覆盖几米到约40米的距离，每秒最多100张图像，距离分辨率约为5到10毫米，横向分辨率约为200 x 200。

历史上，因对ToF的准确性存在一些质疑，人们通常将其视为精度较低的3D传感技术。当然，近些年很多头部企业已经开发出高达130万像素的高分辨率产品，用于机器视觉系统的高精度ToF摄像头能显著提高生产的灵活性和自动化程度。索尼公司的IMX556 DepthSense ToF传感器采用CAPD和背面照明（BSI）技术，与市场上现有的ToF解决方案相比，能够提供精确到毫米的精度，在6米工作距离下，以30fps的速度提供640 x 480的分辨率。
Texas Instruments的OPT8241飞行时间 (ToF) 传感器，将ToF传感与模数转换器和可编程定时发生器（TG）相结合，该器件能以高达150帧/秒的帧速率提供320 x 240分辨率的图像。内置的TG可控制复位、调制和读出数字化序列。同时，TG具备可编程性，可灵活优化各项深度感知性能指标，例如功率、运动稳健性、信噪比和环境消除等。
#03 视觉传感器

视觉传感器是机器视觉系统的核心，是最大化环境特性的来源，其核心设备是CCD、CMOS等图像传感器。这些分辨率较高的视觉传感器通常能够生成包含更多像素的图像，非常有助于提高图像质量，更容易识别视觉细节。

长期以来，CCD传感器是捕获高质量、低噪声图像的主流技术。但是CCD传感器的制造成本很高，因此价格普遍较高，功耗也要比CMOS传感器高很多。如今，CMOS传感器技术已经发展到可以快速接近CCD技术的质量和功能，并且价格更低，体积更小，功耗更低。CMOS相机的帧速率通常要高于CCD相机，对于那些依赖实时图像处理进行自动化或图像数据分析的机器视觉系统而言，此功能至关重要。另外，CMOS传感器比CCD传感器对红外波长更敏感，CMOS芯片和相机制造商利用这一优势可捕获红外线，为图像识别提供了额外的成像能力。两相权衡，CMOS传感器可能更加适合机器视觉应用。

安森美（onsemi）AR0130是一款1/3英寸CMOS数字图像传感器，有源像素阵列为1280H x 960V，使用滚动快门读数捕获图像。该产品包括复杂的相机功能，如自动曝光控制，窗口，以及视频和单帧模式。AR0130能够拍摄非常清晰的数字图像，并且能够捕获连续视频和单帧，尤其适合高性能机器视觉应用。

#04 光源

作为一种辅助成像设备，光源对成像质量往往起到至关重要的作用。以LED照明产品为例，它们具有更高的灵活性，具有可调角度和附加波长，更一致的光谱响应。市场上有多种波长和形状的光源可供选择，产品的选择并不难。

#05 图像采集卡

图像采集卡通常以电脑插卡的形式存在，它的主要工作是将图像输出传送到计算机主机。图像采集卡需要将来自相机的模拟或数字信号转换为特定格式的图像数据流，还可以控制相机的一些参数，例如触发信号、曝光/积分时间、快门速度等。图像采集卡通常针对不同类型的相机具有不同的硬件结构，同时也具有不同的总线形式，如PCI、PCI64、Compact PCI、PC104、ISA等。

#06 视觉处理软件

机器视觉软件用于完成输入图像数据的处理，然后通过一定的计算就可以得到需要的结果。通用机器视觉软件以C/C++图像库、ActiveX控件和基于图形的编程环境等形式出现，可以专用，例如仅用于LCD检测、BGA检测、模板对齐等，或通用，包括定位、测量、条形码/字符识别、斑点检测等。