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如何才能提高機(jī)器視覺系統(tǒng)穩(wěn)定性

文章出處：行業(yè)資訊責(zé)任編輯：東莞浩立自動(dòng)化科技有限公司發(fā)表時(shí)間：2021-05-19

如何才能讓機(jī)器視覺系統(tǒng)更為穩(wěn)定，這里的穩(wěn)定性不僅僅是平常認(rèn)為的可靠性，它是指在系統(tǒng)的實(shí)際場景和充滿變數(shù)條件的環(huán)境中仍然保持足夠的可靠性。

很多因素都會(huì)影響穩(wěn)定性，比如視覺組件，周邊環(huán)境，物體變化的影響等。機(jī)器視覺組件的選型是有一定難度的，它需要工程師對組件本身和組件供應(yīng)商都非常熟悉，需要有足夠的選型經(jīng)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行的機(jī)器視覺系統(tǒng)和實(shí)際工作場景運(yùn)行的系統(tǒng)面對的環(huán)境是截然不同的。

典型的機(jī)器視覺系統(tǒng)的環(huán)境影響

機(jī)器視覺系統(tǒng)需求

機(jī)器視覺系統(tǒng)包含一些重要部件，機(jī)器視覺光源，工業(yè)鏡頭，工業(yè)相機(jī)，圖像采集卡，數(shù)據(jù)傳輸，圖像處理和測量軟件等。隨著各個(gè)部件的性能的提升，機(jī)器視覺系統(tǒng)的能力也呈指數(shù)級(jí)增長。系統(tǒng)的復(fù)雜度取決于特定的應(yīng)用需求。選擇最優(yōu)部件，不僅僅要考慮部件的性能是否滿足需求（比如幀率，分辨率，測量算法等），同時(shí)需要考慮系統(tǒng)最終所處的環(huán)境條件。比如在工業(yè)領(lǐng)域，這些環(huán)境條件包含部件變化，移載，處理接口，振動(dòng)，環(huán)境光，灰塵，溫度，油污，水，電磁輻射等。在極端惡劣條件下，有時(shí)候需要將機(jī)器視覺組件添加保護(hù)措施。最典型的例子，有些相機(jī)需要在相對潔凈環(huán)境下使用。不過，通常情況下，工業(yè)環(huán)境是能夠滿足工業(yè)相機(jī)的直接使用的。

機(jī)器視覺組件和環(huán)境

環(huán)境對機(jī)器視覺組件的影響不僅僅是指對組件本身有破壞性，同時(shí)也會(huì)對測量效果產(chǎn)生影響。比如在溫度變化的環(huán)境下，大部分工業(yè)相機(jī)能夠在-5度和65度之間工作，在實(shí)際環(huán)境中，過高的溫度往往會(huì)給相機(jī)成像帶來噪度。不過這一點(diǎn)可以通過改善打光方式來提升信噪比。

另外，溫度會(huì)影響視覺光源的性能，隨著光源溫度上升，其亮度下降，這可以通過光源控制器來進(jìn)行亮度輸出補(bǔ)償。視覺光源自身生成的熱量同樣會(huì)加速老化甚至直接報(bào)廢，所以需要良好的熱設(shè)計(jì)。

其他部件也會(huì)有相應(yīng)的溫度限值，比如工業(yè)控制器/嵌入式PC一般都能使用工業(yè)環(huán)境，但如果沒有風(fēng)扇，那么很可能PC也會(huì)報(bào)廢。為了保證機(jī)器視覺系統(tǒng)的穩(wěn)定性，除了選擇好的組件外，我們也要考慮被測物本身對溫度的敏感性，比如金屬物體對于溫度存在熱脹冷縮，因此當(dāng)測量此類物體時(shí)，長度和體積都會(huì)發(fā)生變化。

在3D測量系統(tǒng)中，3d傳感器的尺寸變化就會(huì)導(dǎo)致偏差，除非傳感器的標(biāo)定對溫度進(jìn)行了補(bǔ)償處理。很多情況下，選擇合適的組件就可以滿足特定環(huán)境需求。

* 環(huán)境光

日用濾光片一定程度上可以避免受環(huán)境光的影響，它可以改變光線進(jìn)入傳感器的信息。通過使用高亮度調(diào)制光源，減少傳感器曝光時(shí)間和減小光圈，環(huán)境光的影響可以減到最小。使用紅外等波長的相機(jī)來測量可以減少可見光的影響。

* 振動(dòng)

大部分工業(yè)相機(jī)做了防振處理，機(jī)器人和軌道類線纜可以很好的讓相機(jī)移動(dòng)不收振動(dòng)影響。鎖定的連接器可以避免相機(jī)受到振動(dòng)。耐用性PC和嵌入式電腦有很好的穩(wěn)定保護(hù)機(jī)制。定焦鏡頭利用金屬接口鎖定螺絲確保了不受振動(dòng)影響。濾光片一定程度上保護(hù)了鏡頭

* 灰塵、臟污、水

很多相機(jī)可以做到IP65/67防護(hù)等級(jí)，確保了防塵，防水?；覊m，臟污，液體，蒸汽往往會(huì)附著到LED或者鏡頭表面，對成像產(chǎn)生影響?？梢酝ㄟ^增加相機(jī)的增益，軟件的圖像處理，調(diào)整LED的輸出來進(jìn)行調(diào)整。

種種環(huán)境因素都會(huì)對成像產(chǎn)生影響，而這些影響都會(huì)是致命性的，因?yàn)閳D像是測量的重要參照物。

測量

機(jī)器視覺系統(tǒng)的測量依賴于系統(tǒng)配置，智能相機(jī)具備圖像采集，處理，分析等能力，嵌入式視覺系統(tǒng)往往需要多個(gè)相機(jī)來提供圖像獲取能力，內(nèi)置圖像處理和分析能力，而基于PC的系統(tǒng)會(huì)把程序放在PC中運(yùn)行，精度和可重復(fù)性取決于特定的軟件算法和亞像素級(jí)精度。

高質(zhì)量的軟件產(chǎn)品和庫提供了比開源系統(tǒng)更為穩(wěn)定可靠的工具，但這些需要在不同的場景和環(huán)境中才能被識(shí)別出來。當(dāng)今的視覺系統(tǒng)能夠容忍一定程度的產(chǎn)品大小和形狀的變化，但是，就算是最穩(wěn)定的視覺系統(tǒng)，往往會(huì)因?yàn)橥獠康挠绊憣?dǎo)致結(jié)果很不理想，比如，振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致圖像模糊失真，而可變的零件會(huì)導(dǎo)致得出不同的圖像，過長的曝光時(shí)間會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)物體的圖像銳度失真。

所得非所見

對于沒有經(jīng)驗(yàn)的機(jī)器視覺用戶來說，容易被忽略的是，人眼實(shí)際看到的和圖像采集系統(tǒng)獲取的圖片實(shí)際上有著很大的不同。眼睛會(huì)自動(dòng)調(diào)整以便來調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)范圍，而一般的相機(jī)很難同時(shí)看清極亮和極暗環(huán)境。

陽光透過屋頂?shù)墓饩€或建筑物的陰影光線，通過機(jī)器操作可以改變攝像機(jī)的圖像，而人眼可以自然的補(bǔ)償結(jié)果并不自知為何能夠同時(shí)看到。

-THE END -

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