機器視覺的研究始于20世紀50年代二維圖像的模式識別，它真實被設計用來代替人眼從事檢測識別的工作，可以大大提高檢測的工作效率經(jīng)及降低人眼疲勞帶來的檢測結(jié)果的不一致性。機器視覺檢測發(fā)展至今，在許多方面已經(jīng)發(fā)展到可以完成人眼難以完成的工作，還有利用紅外線、紫外線、X射線等檢測技術檢測人類視覺無法檢測到的事物。但機器視覺系統(tǒng)設計的難點在于如何保證其可靠性與穩(wěn)定性，無論從光源，相機等硬件上還是從圖像處理軟件上的設計，對機器視覺的穩(wěn)定性都有重要影響。   

成像系統(tǒng)簡介及不穩(wěn)定性因素

成像系統(tǒng)主要由相機（CCD/CMOS）、鏡頭和光源組成，是視覺檢測的基礎，成像系統(tǒng)的設計目的就是獲取合格的原始圖像，并且一個好的成像系統(tǒng)要保證系統(tǒng)運行期間圖像質(zhì)量的穩(wěn)定，穩(wěn)定的圖像抓取是視覺檢測穩(wěn)定性的基本保證。

1、工業(yè)相機對成像穩(wěn)定性的影響

對視覺系統(tǒng)設計者來說，工業(yè)相機的選擇主要考慮其傳感器類型、分辨率和幀率，其中傳感器分CCD與CMOS兩種，CMOS圖像傳感器集成度高，各元件、電路之間距離很近，干擾比較嚴重，成像噪聲高，CCD傳感器相機相對于CMOS相機具有靈敏度高、噪聲低和響應速度快的特點，在穩(wěn)定性方面，CCD相機的抗沖擊與震動性也較強，一般來說，CCD傳感器相機在成像質(zhì)量上和穩(wěn)定性方面要優(yōu)于CCD相機。

影響相機成像質(zhì)量的另一重要因素就是相機的鏡頭，鏡頭除了需要根據(jù)具體工作狀況選擇合適的焦距、景深和光圈等參數(shù)外，一個影響系統(tǒng)檢測精度的重要因素就是圖像的幾何畸變誤差，它是光學透鏡固有的透視失真，受到制作工藝的影響，無法消除，只能彌補，雖然現(xiàn)在許多工業(yè)相機通過各種方法彌補鏡頭畸變產(chǎn)生的誤差，但在高精度的檢測領域，幾何畸變?nèi)匀粫z測精度產(chǎn)生影響。

2、光源對成像穩(wěn)定性的影響

光源具有放大圖像的特征與缺陷、削弱混亂及背景的作用，直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量，由于沒有通用的照明設備，光源的設計一直是機器視覺系統(tǒng)的難點，通常不僅需要針對每個特定的應用實例來選擇光源類型，還要根據(jù)具體環(huán)境對光源安裝、光源的照射方式進行斟酌，以達到最佳效果。不同類型的光源穩(wěn)定性存在差異，常見的可見光源有LED光源、鹵素燈、日光燈和鈉光燈等，可見光最大的缺點是不能持續(xù)穩(wěn)定的輸出光能，如日光燈，在使用的第一個100小時內(nèi)，光能會下降15%左右，隨著使用時間的增加，光能輸出持續(xù)下降。除可見光外，在高檢測任務的場景下，也常采用X射線和超聲波等不可見光作為光源，可以持續(xù)穩(wěn)定的輸出光能，但不利于檢測系統(tǒng)的操作，且價格昂貴。光源的不均勻性也會對圖像質(zhì)量產(chǎn)生影響，不同方向的發(fā)光強度存在差別也會引起噪聲?？梢姽庵蠰ED光源的穩(wěn)定性和壽命相對于鹵素燈、日光燈等要好，響應時間短，可自由選擇顏色，運行成本也低，得到了廣泛的應用。光源的照射方式可分為背向照明、前向照明、結(jié)構(gòu)光照明和頻閃照明，其設計要點是以突出圖像特征為準則。

3、軟件穩(wěn)定性

    檢測軟件穩(wěn)定性對機器視覺的影響毋庸置疑，視覺系統(tǒng)最終會在計算機上利用軟件采用有針對性的算法進行圖像濾波，邊緣檢測和邊緣提取等一系列圖像處理，不同的圖像處理和分析手段以及不同的檢測方法與計算公式，都會帶來不同的誤差，算法優(yōu)劣決定測量精度的高低。

4、環(huán)境因素影響 

    視覺系統(tǒng)工作的測量環(huán)境包括溫度、光照、電源變化、灰塵、濕度以及電磁干擾等，好的環(huán)境是視覺系統(tǒng)正常運行的保障。外界光照會影響照射在被測物體上的總光強，增加圖像數(shù)據(jù)輸出的噪聲，電源電壓的變化也會導致光源不穩(wěn)，產(chǎn)生隨時間變化的噪聲。溫度變化也會對相機的性能產(chǎn)生影響，相機在出廠時都會標志正常工作的溫度范圍，過熱或過冷都會影響相機的正常工作。電磁干擾是工業(yè)檢測現(xiàn)場不可避免的干擾因素，它對工業(yè)相機電路、數(shù)據(jù)信號傳輸電路等弱電電路的影響尤為嚴重，合格的視覺產(chǎn)品會在出廠時經(jīng)嚴格的抗干擾測試，極大的降低了外界電磁干擾對硬件電路的影響。

5、機械結(jié)構(gòu)定位影響 

    除成像系統(tǒng)硬件外，相機與物體之間的相對位置關系也會對圖像質(zhì)量的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，如相機或工件的機械支撐結(jié)構(gòu)如果存在震動，會影響檢測精度，且這也是一個難以排查的問題。在動態(tài)下檢測工件，需要考慮運動模糊對圖像精度的影響（模糊像素 = 物體運動速度*相機曝光時間）。 另外，CCD相機與被測零件之間在理性狀況下應為相機鏡頭光軸垂直于零件所在平面，但實際使用中，由于安裝誤差或相機、工件制造誤差等原因不能保證光軸與被測平面完全垂直，存在一定角度偏差，同樣對測量精度產(chǎn)生影響。

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