機(jī)器視覺應(yīng)用的攝像頭設(shè)計(jì)

摘要：本文將探討機(jī)器視覺應(yīng)用的 CMOS 圖像感應(yīng)器技術(shù)及架構(gòu)要求。此外，還將詳細(xì)分析機(jī)器視覺的基本組件，攝像頭為滿足應(yīng)用需求需要哪些條件，以及如何設(shè)計(jì)出可滿足各種機(jī)器視覺應(yīng)用需求、同時(shí)又能在圖像質(zhì)量與成本之間獲得平衡的攝像頭。

總體上說，機(jī)器視覺就是讓電子光學(xué)系統(tǒng)（攝像頭）連接至如計(jì)算機(jī)等處理單元，以進(jìn)行圖像處理并對(duì)相關(guān)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制。換言之，機(jī)器視覺系統(tǒng)就是指能夠看到目標(biāo)對(duì)象的系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)。受計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)可包括生產(chǎn)單元、產(chǎn)品質(zhì)量控制以及抓放設(shè)備等。

機(jī)器視覺要求什么？

機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包括圖像感應(yīng)器與透鏡系統(tǒng)，這通常整體稱作攝像系統(tǒng)，可需要通過火線、USB或以太網(wǎng)等電氣接口連接到計(jì)算機(jī)，而計(jì)算機(jī)則連接至控制設(shè)備。

a) 攝像頭

b) 計(jì)算機(jī)（主機(jī)）

c) 幀接收器

d) 應(yīng)用軟件

機(jī)器視覺應(yīng)用需要結(jié)合軟、硬件才能確保成功工作。選擇適當(dāng)?shù)挠布倘恢匾?，但視覺檢查軟件則形成了所有機(jī)器視覺系統(tǒng)的核心。通常由像素時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)的感應(yīng)器將由用戶通過SPI 或 I2C 接口設(shè)置寄存器來配置分辨率、工作速度、增益控制、曝光時(shí)間以及集成時(shí)間。感應(yīng)器可輸出幀同步和線路同步脈沖以及待處理的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。感應(yīng)器的電氣接口為CMOS，可支持高達(dá) 200 MHz 的頻率。如果速度更高，則需要 LVDS 接口來實(shí)現(xiàn)信號(hào)完整性。

機(jī)器視覺攝像頭的典型系統(tǒng)架構(gòu)為：

1 離線處理功能的攝像頭

在機(jī)器視覺系統(tǒng)的上述配置中，包含獨(dú)立的攝像頭，它采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的電氣接口，如火線、USB 或千兆以太網(wǎng)等。可單獨(dú)對(duì)攝像頭供電，并可通過電氣接口將原始數(shù)據(jù)傳送至主機(jī)。視頻傳輸既可以是連續(xù)幀，也可以是單幀數(shù)據(jù)，具體取決于應(yīng)用的需要。單幀捕獲與視頻傳輸被稱作觸發(fā)模式，需要外部系統(tǒng)通常以 CMOS 級(jí)向攝像頭系統(tǒng)發(fā)送電子脈沖。攝像頭邏輯將啟動(dòng)一個(gè)幀集成，并通過電氣接口將掃描的數(shù)據(jù)發(fā)送至主機(jī)。在某些情況下，原始數(shù)據(jù)通過總線與同步信號(hào)、時(shí)鐘和數(shù)據(jù)一起發(fā)送給幀接收器等終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。幀接收器在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，隨后可由主機(jī)應(yīng)用軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存取以處理和控制。