机器视觉中的图像采集技术.docx

机器视觉中的图像采集技术 刘 焕 军 ， 王 耀 南 ， 段 峰 (湖南大学电气与信息工程学院，长沙 410082) 摘 要：文章介绍了图像采集系统的构成以及在机器视觉中的重要性，阐述了图像采 集系统中关于摄像机、镜头、图像采集卡和光源等方面的诸多实用技术，论述了设计 图像采集系统时要注意的问题和原则。 关键词：机器视觉；图像采集；摄像机；图像采集卡；光源 Abstract The structure of image capture and its mportance in machine vision is introduced in this paper. Some issues about cam era and lens, fram e grabber, light source are expounded.The question and princple when people design im age capture are also discussed. Key words m achine vison; in age capture; cam era; frame grabber; light source 0 引 言 机器视觉是指用计算机来实现人的视觉 功能，也就是用计算机来实现对客观世界的 识别。 一个典型的机器视觉系统一般包括图 像采集部分、图像处理部分、通信和IO 部分 以及输出和执行机构等。图像采集是一个重 要的环节，它将对象的可视化图像和特征转 化为能被计算机处理的一系列数据。由于机 器视觉系统强调精度和速度，所以需要图像 采集部分及时、准确地提供清晰的图像，只有 这样，图像处理部分才能在比较短的时间内 得出正确的结果。由此可知图像采集部分的 性能会直接影响整个机器视觉系统的性能。 图像采集部分一般由光源、镜头、数字摄 像机和图像采集卡构成。采集过程可简单描 述为在光源提供照明的条件下，数字摄像机 拍摄目标物体并将其转化为图像信号，最后 通过图像采集卡传输给图像处理部分。 在设计图像采集部分时，要考虑到多方 面的问题，主要是关于数字摄像机、图像采集 卡和光源方面的技术。 1 摄 像 机 和 镜 头 的 选 择 摄像机和镜头在机器视觉系统中相当于 人的眼睛，负责拍摄对象的图像。机器视觉系 统中一般采用数字摄像机，通过镜头将被摄 物体的图像聚焦在光电传感器上，使图像信 号转变为光电信号，以利于计算机处理。选择 摄像机和镜头要注意下面的问题： (1)首先要确定摄像机的类型 摄像机类型的选择由需处理的对象决 定。从摄像机输出的颜色来分，有彩色摄像机 和黑白摄像机。彩色摄像机提供了更多的目 标信息，也正因为如此，在处理时需要更大的 空间和更多的时间，所以在选择时应主要考 虑对目标的处理是否需要色彩信息。从扫描 的类型来分，有面扫描和线扫描摄像机。处于 下列情况时，应考虑使用线扫描摄像机。 a.对固定的物体做一维的测量； b. 对象物体处于运动状态； c. 需处理可旋转圆柱体的边缘图像； 收稿日期：2002-10-25 作者简介：刘焕军，硕士生，研究方向为图像处理、机器视觉；王耀南，教授，博士生导师，主要从事图像处理，智能控制等 方面的研究工作；段 峰，博士生，研究方向为图像处理、机器视觉。 ·18 · 《电脑与信息技术》2003年第1期 d. 需要对象物体的高分辨率图像，而又 要考虑价格因素等。 素的测量分辨能力，Rr 是特征分辨率，Fp 是 表示一个特征所需的最少像素。 其它情况可考虑使用面扫描摄像机。 线扫描摄像机又可分为隔行扫描和逐行 扫描。当目标物体处于高速运动状态时，为避 免图像边缘模糊的现象，应采用逐行扫描摄 像机。 (2)计算摄像机的取景范围 先根据对象物体上需处理的部分确定摄 像机的拍摄目标，然后计算摄像机的取景范 围。某个方向上取景范围的计算方式如下： FOV=(Dp+Lv)*(1+Pa) 其中FOV 是取景范围，D, 是拍摄目标在这 个方向上的大小，L、是在这个方向上目标可 能的移动，Pa 是一个百分数或分数，是工程 上为保证目标图像不会正好处在边缘上而取 的一个放大系数，可由设计者根据情况自行 设定， 一般设为10%。 (3)评估分辨率 机器视觉中的分辨率一般有5种类型。 图像分辨率指的是行和列上像素的点数，由 摄像机上的传感元件决定。空间分辨率指的 是在图像上每个像素代表的在实际中的大 小， 一般用am/pixel 这样的形式作为单位， 它由图像分辨率和取景范围决定。特征分辨 率代表的是能可靠表示一个物体特征的最小 尺寸， 一般用长度单位。在实际