工业视觉：光源、镜头、图像传感器相机
由第四研究所编辑
一、工业机器视觉系统
工业视觉系统可分为嵌入式系统和基于PC机的系统。嵌入式机器视觉系统约占中国工业机器视觉系统的三分之二，基于PC的机器视觉系统占三分之一。
基于PC机的系统易于与直接连接的摄像机或图像采集板连接，并由可配置的机器视觉应用软件支持。此外，个人电脑提供了丰富的开发自定义代码的选项，使用相应的编程语言，如VisualC/C、Visual Basic和Java，以及图形编程环境。但开发往往漫长而复杂，因此通常适用于非标准定制设备，需要先进的机器视觉用户和程序员进行开发。
中国工业机器视觉系统以外资企业为主，主要包括康耐视、卡恩斯、欧姆龙、万文画板和邦纳，其中康耐视和卡恩斯处于领先地位。本土企业非常分散，其中大恒、豪普特、凌华科技、凌云光子走在前列。
工业视觉系统的上游是机器视觉系统的组成部分，主要包括光源、镜头、工业相机、图像采集卡和平台软件。上游组件中，工业相机规模最大，平台软件占比最小。上游组件中，平台软件和镜头市场集中度较高，以外资为主；工业相机、光源、图像采集卡国产化程度高，竞争激烈。
二.工业机器视觉核心部件制造商：
三.零件简介：
1)光源
照明是机器视觉成功的关键。机器视觉系统通过分析物体的反射光来创建图像，而不是通过分析物体本身。照明技术涉及光源及其相对于组件和摄像机的位置。特定的照明技术可以增强图像，使其否认某些特征而增强其他特征，并通过使某个部分的轮廓更清晰来使其更美观。
光线不好
背光增强了仅需要外部或边缘测量的应用场景的对象轮廓。背光有助于检测形状，使尺寸测量更加可靠。
轴向散射光
轴向漫射照明将光线从侧面(同轴)耦合到光路中。使用半透明的镜子从侧面照明，并将光线向下投射到零件上。该组件通过半透明的镜子将光线反射到相机，从而形成非常均匀的照明和均匀的图像。
结构光
结构光是以已知角度投射到物体上的光图案(平面、网格或更复杂的形状)。它对于提供与对比度无关的表面检查、获取尺寸信息和计算体积非常有用。
暗场照明
定向照明更容易揭示表面缺陷，包括暗场和明场照明。暗场照明通常是低对比度应用的首选。在暗场照明中，镜面反射光从相机反射，来自表面纹理和twdmp变化的漫射光反射到相机中。
明场照明
亮场照明是高对比度应用的理想选择。然而，高方向性光源(如高压钠和应时卤素)可能会产生尖锐的阴影，并且通常不会在整个视场中提供均匀的照明。因此，发光或反射表面上的热点和镜面反射可能需要更多的漫射光源来在明亮区域提供均匀的照明。
漫射穹顶照明
漫射圆顶照明为感兴趣的特征提供最均匀的照明，并可以掩盖不感兴趣的不规则现象，这些现象可能会混淆场景。
频闪照明
频闪照明用于高速应用中，以冻结移动物体进行检查。闪光灯的使用也有助于防止模糊。
2)镜头
镜头捕捉图像，并将其传输到相机中的图像传感器。镜头的光学质量和价格不同，使用的镜头决定了拍摄图像的质量和分辨率。大多数视觉系统相机提供两种主要类型的镜头。
可互换镜头和固定镜头。可更换镜片通常是C型卡口或CS型卡口。而且镜头和镜头的正确组合会得到最好的图像。固定镜头作为独立视觉系统的一部分，通常采用自动对焦，可以是机械调节镜头，也可以是自动对准零件的液体镜头。自动对焦镜头通常在给定距离有固定的视野。
3)图像传感器-摄像机
相机捕捉被检查对象的正确照明图像的能力不仅取决于镜头，还取决于相机中的图像传感器。图像传感器通常使用电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)技术将光(光子)转换成电信号(电子)。本质上，图像传感器的工作是捕捉光线并将其转换为数字图像，以平衡噪声、灵敏度和动态范围。图像是像素的集合。弱光会产生暗像素，而强光会产生亮像素。确保相机具有适合应用的传感器分辨率非常重要。
分辨率越高，图像的细节越多，测量越精确。零件尺寸、检验公差和其他参数将决定所需的分辨率。
2019年机器视觉相机市场份额：
11c9b3a608434619b87123570fe3d9b5?from=pc">CMOS图像传感器目前在工业视觉市场上占主导地位，拥有92%的市场销售额，而CCD将继续下降，并保持在医疗和国防等小众、高端领域。
像素尺寸的缩小是带来额外性能的基本趋势；
图像传感器在逻辑IC上的堆叠进一步加速了图像处理电路和像素的整合，导致新型芯片的出现；
集成，导致新类型的芯片出现：GS, 3D ToF...
人工智能将是集成的下一个层次
2019-2020年CMOS图像传感器技术的像素尺寸：
三维相机技术：性能、应用和工艺