機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺系統是指通過機器視覺產品（即圖像攝取裝置，分CMOS 和CCD 兩種）將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統，根據像素分佈和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號；圖像系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特徵，進而根據判別的結果來控制現場的設備動作。
2.1.1視覺系統組成部分
視覺系統主要由以下部分組成
1.照明光源
2.鏡頭
3.工業攝像機
4.圖像採集/處理卡
5.圖像處理系統
6.其它外部設備
2.1.1.1相機篇
詳細介紹：
工業相機又俗稱攝像機，相比於傳統的民用相機（攝像機）而言，它具有高的圖像穩定性、高傳輸能力和高抗干擾能力等，目前市面上工業相機大多是基於CCD（Charge
Coupled Device）或CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）芯片的相機。CCD是目前機器視覺最爲常用的圖像傳感器。它集光電轉換及電荷存貯、電荷轉移、信號讀取於一體，是典型的固體成像器件。CCD的突出特點是以電荷作爲信號，而不同於其它器件是以電流或者電壓爲信號。這類成像器件通過光電轉換形成電荷包，而後在驅動脈衝的作用下轉移、放大輸出圖像信號。典型的CCD相機由光學鏡頭、時序及同步信號發生器、垂直驅動器、模擬/數字信號處理電路組成。CCD作爲一種功能器件，與真空管相比，具有無灼傷、無滯後、低電壓工作、低功耗等優點。CMOS圖像傳感器的開發最早出現在20世紀70 年代初，90 年代初期，隨着超大規模集成電路(VLSI) 製造工藝技術的發展，CMOS圖像傳感器得到迅速發展。CMOS圖像傳感器將光敏元陣列、圖像信號放大器、信號讀取電路、模數轉換電路、圖像信號處理器及控制器集成在一塊芯片上，還具有局部像素的編程隨機訪問的優點。目前，CMOS圖像傳感器以其良好的集成性、低功耗、高速傳輸和寬動態範圍等特點在高分辨率和高速場合得到了廣泛的應用。、
分類：
任何東西分類一定有它自己的分類標準，工業相機也不例外，按照芯片類型可以分爲CCD相機、CMOS相機；按照傳感器的結構特性可以分爲線陣相機、面陣相機；按照掃描方式可以分爲隔行掃描相機、逐行掃描相機；按照分辨率大小可以分爲普通分辨率相機、高分辨率相機；按照輸出信號方式可以分爲模擬相機、數字相機；按照輸出色彩可以分爲單色（黑白）相機、彩色相機；按照輸出信號速度可以分爲普通速度相機、高速相機；按照響應頻率範圍可以分爲可見光（普通）相機、紅外相機、紫外相機等。
區別：
1、工業相機的性能穩定可靠易於安裝，相機結構緊湊結實不易損壞，連續工作時間長，可在較差的環境下使用，一般的數碼相機是做不到這些的。例如：讓民用數碼相機一天工作24小時或連續工作幾天肯定會受不了的。
2、工業相機的快門時間非常短，可以抓拍高速運動的物體。
例如，把名片貼在電風扇扇葉上，以最大速度旋轉，設置合適的快門時間，用工業相機抓拍一張圖像，仍能夠清晰辨別名片上的字體。用普通的相機來抓拍，是不可能達到同樣效果的。
3、工業相機的圖像傳感器是逐行掃描的，而普通的相機的圖像傳感器是隔行掃描的， 逐行掃描的圖像傳感器生產工藝比較複雜，成品率低，出貨量少，世界上只有少數公司能夠提供這類產品，例如Dalsa、Sony，而且價格昂貴。
4、工業相機的幀率遠遠高於普通相機。
工業相機每秒可以拍攝十幅到幾百幅圖片，而普通相機只能拍攝2-3幅圖像，相差較大。
5、工業相機輸出的是裸數據(raw data)，其光譜範圍也往往比較寬，比較適合進行高質量的圖像處理算法，例如機器視覺(Machine
Vision)應用。而普通相機拍攝的圖片，其光譜範圍只適合人眼視覺，並且經過了mjpeg壓縮，圖像質量較差，不利於分析處理。
6、工業相機(Industrial Camera)相對普通相機(DSC)來說價格較貴。
如何選擇：
1、根據應用的不同分別選用CCD或CMOS相機
CCD工業相機主要應用在運動物體的圖像提取，如貼片機機器視覺，當然隨着CMOS技術的發展，許多貼片機也在選用CMOS工業相機。用在視覺自動檢查的方案或行業中一般用CCD工業相機比較多。 CMOS工業相機由成本低，功耗低也應用越來越廣泛。
2、分辨率的選擇
首先考慮待觀察或待測量物體的精度，根據精度選擇分辨率。相機像素精度=單方向視野範圍大小/相機單方向分辨率。則相機單方向分辨率=單方向視野範圍大小/理論精度。
若單視野爲5mm長，理論精度爲0.02mm，則單方向分辨率=5/0.02=250。然而爲增加系統穩定性，不會只用一個像素單位對應一個測量/觀察精度值，一般可以選擇倍數4或更高。這樣該相機需求單方向分辨率爲1000，選用130萬像素已經足夠。
其次看工業相機的輸出，若是體式觀察或機器軟件分析識別 ，分辨率高是有幫助的；若是VGA輸出或USB輸出，在顯示器上觀察，則還依賴於顯示器的分辨率，工業相機的分辨率再高，顯示器分辨率不夠，也是沒有意義的；利用存儲卡或拍照功能，工業相機的分辨率高也是有幫助的。
3、與鏡頭的匹配
傳感器芯片尺寸需要小於或等於鏡頭尺寸，C或CS安裝座也要匹配（或者增加轉接口）；
4、相機幀數選擇
當被測物體有運動要求時，要選擇幀數高的工業相機。但一般來說分辨率越高，幀數越低。
2.1.1.2鏡頭篇
鏡頭的基本功能就是實現光束變換（調製），在機器視覺系統中，鏡頭的主要作用是將成像目標在圖像傳感器的光敏面上。鏡頭的質量直影響到機器視覺系統的整體性能，合理地選擇和安裝鏡頭，是機器視覺系統設計的重要環節。
基礎知識：
鏡頭匹配
大家如何選擇合適鏡頭，鏡頭選配時需要選擇與攝像機接口和CCD的尺寸相匹配的鏡頭。鏡頭C和CS的接口方式佔主流。小型的安防用的CS接口攝像機得到普及、FA行業則大部分是C接口的攝像機與鏡頭的組合。對應的CCD尺寸、市場上一般根據用途使用2/3寸到1/3寸的產品。
| CCD |
CCD尺寸 |
||
| 水平：H |
垂直：V |
對角：D |
|
| 1型 |
12.8 |
9.6 |
16.0 |
| 2/3型 |
8.8 |
6.6 |
11.0 |
| 1/2型 |
6.4 |
4.8 |
8.0 |
| 1/3型 |
4.8 |
3.6 |
6.0 |
| 1/4型 |
3.6 |
2.7 |
4.5 |
| 35mm膠片 |
36.0 |
24.0 |
43.3 |
互換性
C接口鏡頭可以與C接口攝像機、CS接口攝像機互用；
CS接口鏡頭不可以應用在C接口攝像機，只可以應用在CS接口攝像機。
KERARE
攝像機如果使用配備小CCD尺寸的鏡頭，那麼周邊沒有攝取到圖像的部分呈現出黑色，我們稱其爲KERARE。
鏡頭的作用：
將折射率不同的各種硝材通過研磨，加工成高精度的曲面、把這些鏡頭進行組合，就是設計鏡頭。從伽利略時代開始使用的普遍技術是其基本原理。爲得到更清晰的圖像，一直在研究開發試製新的硝材和非球面鏡片。
焦距
焦距是主點到成像面的距離。這個數值決定了攝影範圍的不同。數值小，成像面距離主點近，是短焦距鏡頭。這種情況下的的畫角是廣角、可拍攝廣大的場景。相反的、主點到成像面的距離遠時、是長焦距鏡頭，畫角變窄（望遠）。
鏡頭通光量
鏡頭的明亮度與口徑和焦距的變化有關。一般用F值表示鏡頭的明亮度，另外鏡頭裏有用於調整亮度的光圈構件，可根據使用條件來調整通光量。
鏡頭計算公式
Y=f*tanθ y：像的大小 f：焦距θ：半畫角
θ=2tan-1*y/2f
例：1/2寸攝像機配12.5mm鏡頭時畫面橫向的視場面是：
θ=2tan-1*6.4/2*12.5=28.72
鏡頭的景深
物體和鏡頭之間距離（W.D）雖然變化，介在前後一定範圍內所成像仍然感覺清晰，這個距離範圍補稱爲景深。相反的，對應於確定的物平面，成像面和鏡頭之間的距離不同，但在一定的範圍內圖像仍感覺清晰，稱爲焦深。
計算方式：
景深=F*ε*（1/β）
ε容許彌散園參數2/3=0.02、1/2=0.015、1/3=0.01、β倍率。
工業鏡頭選擇
不同工業鏡頭的成像質量有着有着千差萬別， 就算是同一類型的工業鏡頭也是如此，這主要是由於材質、加工精度和鏡片結構的不同等因素造成的，同時也導致不同檔次的工業鏡頭鏡頭價格從幾百元到幾萬元的巨大差異。比較著名的如四片三組式天塞鏡頭、六片四組式雙高斯鏡頭。對於鏡頭設計及生產廠家，一般用光學傳遞函數OTF
(Optical
Transfer Function)來綜合評價鏡頭成像質量，光學系統傳遞的是亮度沿空間分佈的信息，光學系統在傳遞被攝景物信息時，被傳遞之各空間頻率的正弦波信號，其調製度和位相在成實際像時的變化，均爲空間頻率的函數，此函數稱爲光學傳遞函數。OTF一般由調製傳遞函數MTF(Modulation Transfer Function)與位相傳遞函數PTF(Phase Transfer Function )兩部分組成。
Transfer Function)來綜合評價鏡頭成像質量，光學系統傳遞的是亮度沿空間分佈的信息，光學系統在傳遞被攝景物信息時，被傳遞之各空間頻率的正弦波信號，其調製度和位相在成實際像時的變化，均爲空間頻率的函數，此函數稱爲光學傳遞函數。OTF一般由調製傳遞函數MTF(Modulation Transfer Function)與位相傳遞函數PTF(Phase Transfer Function )兩部分組成。
像差是影響圖像質量的重要方面，常見的像差有如下六種：
球差：由主軸上某一物點向光學系統發出的單色圓錐形光束，經該光學系列折射後，若原光束不同孔徑角的各光線，不能交於主軸上的同一位置，以至在主軸上的理想像平面處，形成一彌散光斑(俗稱模糊圈)，則此光學系統的成像誤差稱爲球差。
慧差：由位於主軸外的某一軸外物點，向光學系統發出的單色圓錐形光束，經該光學系列折射後，若在理想像平面處不能結成清晰點，而是結成拖着明亮尾巴的慧星形光斑，則此光學系統的成像誤差稱爲慧差。
像散：由位於主軸外的某一軸外物點，向光學系統發出的斜射單色圓錐形光束，經該光學系列折射後，不能結成一個清晰像點，而只能結成一彌散光斑，則此光學系統的成像誤差稱爲像散。
場曲：垂直於主軸的平面物體經光學系統所結成的清晰影像，若不在一垂直於主軸的像平面內，而在一以主軸爲對稱的彎曲表面上，即最佳像面爲一曲面，則此光學系統的成像誤差稱爲場曲。當調焦至畫面中央處的影像清晰時，畫面四周的影像模糊;而當調焦至畫面四周處的影像清晰時，畫面中央處的影像又開始模糊。
色差：由白色物體向光學系統發出一束白光，經光學系統折射後，各色光不能會聚於一點上，而形成一彩色像斑，稱爲色差。色差產生的原因是同一光學玻璃對不同波長的光線的折射率不同，短波光折射率大，長波光折射率小。
畸變：被攝物平面內的主軸外直線，經光學系統成像後變爲曲線，則此光學系統的成像誤差稱爲畸變。畸變像差隻影響影像的幾何形狀，而不影響影像的清晰度。這是畸變與球差、慧差、像散、場曲之間的根本區別。
在評價工業鏡頭質量時一般還會從分辨率、明銳度和景深等幾個實用參數判斷：
1.分辨率(Resolution)：又稱鑑別率、解像力，指鏡頭清晰分辨被攝景物纖維細節的能力，制約工業鏡頭分辨率的原因是光的衍射現象，即衍射光斑(愛裏斑)。分辨率的單位是“線對/毫米“
(lp/mm)。
2. 明銳度(Acutance)：也稱對比度，是指圖像中最亮和最暗的部分的對比度。
3.景深(DOF)：在景物空間中，位於調焦物平面前後一定距離內的景物，還能夠結成相對清晰的影像。上述位於調焦物平面前後的能結成相對清晰影像的景物間之縱深距離，也就是能在實際像平面上獲得相對清晰影像的景物空間深度範圍，稱爲景深。
4. 最大相對孔徑與光圈係數：相對孔徑，是指該工業鏡頭的入射光孔直徑(用D表示)與焦距(用f表示)之比，即：相對孔徑=D/
f 。相對孔徑的倒數稱爲光圈係數(aperture scale)，又稱爲f/制光圈係數或光孔號碼。一般鏡頭的相對孔徑是可以調節的，其最大相對孔徑或光圈係數往往標示在工業鏡頭上，如1:1.2或f/1.2 。如果拍攝現場的光線較暗或曝光時間很短，則需要儘量選擇最大相對孔徑較大的工業鏡頭。
工業鏡頭各參數間的相互影響關係
一支好的工業鏡頭，在分辨率、明銳度、景深等方面都有很好的體現，對各種像差的校正也比較好，但同時其價格也會幾倍甚至上百倍的提高。如果我們掌握一些規律和經驗，就可以使用同檔次的工業鏡頭達到更好的效果。
1.焦距大小的影響情況
焦距越小，景深越大;
焦距越小，畸變越大;
焦距越小，漸暈現象越嚴重，使像差邊緣的照度降低;
2. 光圈大小的影響情況
光圈越大，圖像亮度越高;
光圈越大，景深越小;
光圈越大，分辨率越高;
3. 像場中央與邊緣
一般像場中心較邊緣分辨率高
一般像場中心較邊緣光場照度高
4. 光波長度的影響
2.1.1.3光源篇
機器視覺系統中最關鍵的一個方面就是選擇正確的照明，機器視覺光源直接影響到圖像的質量，進而影響到系統的性能。所以我們說光源起到的作用：就是獲得對比鮮明的圖像。
爲什麼要用光源？
通過適當的光源照明設計，使圖像中的目標信息與背景信息得到最佳分離，可以大大降低圖像處理算法分割、識別的難度，同時提高系統的定位、測量精度，使系統的可靠性和綜合性能得到提高。反之，如果光源設計不當，會導致在圖像處理算法設計和成像系統設計中事倍功半。因此，光源及光學系統設計的成敗是決定系統成敗的首要因素。在機器視覺系統中，光源的作用至少有以下幾種：
1>.照亮目標，提高目標亮度；
2>.形成最有利於圖像處理的成像效果；
3>.克服環境光干擾，保證圖像的穩定性；
4>.用作測量的工具或參照；
由於沒有通用的機器視覺照明設備，所以針對每個特定的應用實例，要設計形影的照明裝置，以達到最佳效果。機器視覺系統的光源的價值也正在於此。
圖像的質量好壞，也就是看圖像邊緣是否的銳利，具體來說：
1、將感興趣部分和其他部分的灰度值差異加大
2、儘量消隱不感興趣部分
4、減少因材質、照射角度對成像的影響
·可製成各種形狀、尺寸及各種照射角度；
·可根據需要製成各種顏色，並可以隨時調節亮度；
·通過散熱裝置，散熱效果更好，光亮度更穩定；
·使用壽命長；
·反應快捷，可在10微秒或更短的時間內達到最大亮度；
·電源帶有外觸發，可以通過計算機控制，起動速度快，可以用作頻閃燈；
·運行成本低、壽命長的LED，會在綜合成本和性能方面體現出更大的優勢；
·可根據客戶的需要，進行特殊設計。
LED光源按形狀通常可分爲以下幾類:
1、環形光源
環形光源提供不同照射角度、不同顏色組合，更能突出物體的三維信息；高密度LED陣列，高亮度；多種緊湊設計，節省安裝空間；解決對角照射陰影問題；可選配漫射板導光，光線均勻擴散。應用領域:PCB基板檢測，IC元件檢測，顯微鏡照明，液晶校正，塑膠容器檢測，集成電路印字檢查
用高密度LED陣列面提供高強度背光照明，能突出物體。的外形輪廓特徵，尤其適合作爲顯微鏡的載物臺。紅白兩用背光源、紅藍多用背光源，能調配出不同顏色，滿足不同被測物多色要求。應用領域:機械零件尺寸的測量，電子元件、IC的外型檢測，膠片污點檢測，透明物體劃痕檢測等。
3、條形光源
條形光源是較大方形結構被測物的首選光源；顏色可根據需求搭配，自由組合；照射角度與安裝隨意可調。應用領域:金屬表面檢查，圖像掃描，表面裂縫檢測，LCD面板檢測等。
同軸光源可以消除物體表面不平整引起的陰影，從而減少干擾；部分採用分光鏡設計，減少光損失，提高成像清晰度，均勻照射物體表面。應用領域:系列光源最適宜用於反射度極高的物體，如金屬、玻璃、膠片、晶片等表面的劃傷檢測，芯片和硅晶片的破損檢測，Mark點定位，包裝條碼識別。
不同角度的三色光照明，照射凸顯焊錫三維信息；外加漫射板導光，減少反光；不同角度組合；應用領域:用於電路板焊錫檢測。
6、球積分光源
具有積分效果的半球面內壁，均勻反射從底部360度發射出的光線，使整個圖像的照度十分均勻。應用領域:合於曲面，表面凹凸，弧形表面檢測，或金屬、玻璃表面反光較強的物體表面檢測。
7、線形光源
超高亮度，採用柱面透鏡聚光，適用於各種流水線連續檢測場合。應用領域:陣相機照明專用，AOI專用。
大功率LED，體積小，發光強度高；光纖鹵素燈的替代品，尤其適合作爲鏡頭的同軸光源等；高效散熱裝置，大大提高光源的使用壽命。應用領域:適合遠心鏡頭使用，用於芯片檢測，Mark點定位，晶片及液晶玻璃底基校正。
9、組合條形光源
四邊配置條形光，每邊照明獨立可控；可根據被測物要求調整所需照明角度，適用性廣。應用案例:CB基板檢測，IC元件檢測，焊錫檢查，Mark點定位，顯微鏡照明，包裝條碼照明，球形物體照明等。
10、對位光源
對位速度快；視場大；精度高；體積小，便於檢測集成；亮度高，可選配輔助環形光源。應用領域:VA系列光源是全自動電路板印刷機對位的專用光源。
光源的選型：
一、前提信息
1、檢測內容
外觀檢查、OCR、尺寸測定、定位
2、對象物
①想看什麼？（異物、傷痕、缺損、標識、形狀等）
②表面狀態（鏡面、糙面、曲面、平面）
③立體？平面？
④材質、表面顏色
⑤視野範圍？
⑥動態還是靜態（相機快門速度）
3、限制條件
①工作距離（鏡頭下端到被測物表面距離）
②設置條件（照明的大小、照明下端到被測物表面的距離、反射型or透射型）
③周圍環境（溫度、外亂光）
④相機的種類，面陣or線陣
二、簡單的預備知識：
1．因材質和厚度不同、對光的透過特性（透明度）各異。
2．光根拠其波長之長短、對物質的穿透能力（穿透率）各異。
3．光的波長越長、對物質的透過力越強，光的波長越短、在物質表面的拡散率越大。
4．透射照明、即是使光線透射對象物、並観察其透過光之照明手法。
三、光源：
1．穏定均勻的光源極其重要
2．目的： 將被測物與背景儘量明顕區分
3．摂取圖像時、最重要之處是如何鮮明地獲得：被測物與背景的濃淡差
4．目前、在圖像處理領域中最廣範的技術手法是：二值化（白黒）處理
爲了能夠突出特徵點，將特徵圖像突出出來，在打光手法上，常用的包括有明視野與暗視野。
明視野：用直射光來観察對象物整體(散亂光呈黒色)
暗視野：用散亂光來観察對象物整體(直射光呈白色)
具體的光源選取方法還在於試驗的實踐經驗。