一、視覺(jué)傳感器概述

  視覺(jué)傳感器是指：利用光學(xué)元件和成像裝置獲取外部環(huán)境圖象信息的儀器，通常用圖象分辨率來(lái)描述視覺(jué)傳感器的功能。它的精度不僅與分辨率息息相關(guān)，還與被測物體的WD、FOV范圍有關(guān)。WD、FOV大，成像精度低；反之，成像精度高。

　二、視覺(jué)傳感技術(shù)分類(lèi)

   目前，視覺(jué)傳感技術(shù)主要分為以下兩類(lèi)：
  1、3D視覺(jué)傳感技術(shù)

   在當前的視覺(jué)系統中，3D立體成像成為研究熱點(diǎn)，無(wú)需佩戴立體眼鏡就能看到立體圖像成為視覺(jué)系統的發(fā)展方向。而目前所謂的3D電影和游戲并非整整的3D影像，這是因為拍攝電影時(shí)使用的是單鏡頭攝像機，制作游戲使用的是3D軟件技術(shù)，因此，從制作到顯示都是平面的。3D圖象信息的獲取都是基于圖象傳感器獲取、量化圖象信息，這些圖象信息有直接獲取可見(jiàn)光的圖象，也有通過(guò)檢測輻射、紅外線(xiàn)、超聲波等不同形式來(lái)獲取圖象信息。不同傳感器技術(shù)有不同的分辨率、精度和噪聲，我們可從圖象傳感器提取部分有用的信號進(jìn)行分析應用。

　  3D視覺(jué)傳感器具有廣泛的用途，比如多媒體手機、網(wǎng)絡(luò )攝像、數碼相機、機器人視覺(jué)導航、汽車(chē)安全系統、生物醫學(xué)像素分析、人機界面、虛擬現實(shí)、監控、工業(yè)檢測、無(wú)線(xiàn)遠距離傳感、顯微鏡技術(shù)、天文觀(guān)察、海洋自主導航、科學(xué)儀器等等。這些不同的應用均是基于3D視覺(jué)圖像傳感器技術(shù)。特別是3D影像技術(shù)在工業(yè)控制、汽車(chē)自主導航中具有急迫的應用。 

   2、智能視覺(jué)傳感技術(shù)

   智能視覺(jué)傳感技術(shù)下的智能視覺(jué)傳感器也稱(chēng)智能相機，是近年來(lái)機器視覺(jué)領(lǐng)域發(fā)展最快的一項新技術(shù)。智能相機是一個(gè)兼具圖像采集、圖像處理和信息傳遞功能的小型機器視覺(jué)系統，是一種嵌入式計算機視覺(jué)系統。它將圖像傳感器、數字處理器、通訊模塊和其他外設集成到一個(gè)單一的相機內，由于這種一體化的設計，降低了系統的復雜度，易學(xué)、易用、易維護、安裝方便，更加可靠穩定。同時(shí)系統尺寸大大縮小，拓寬了視覺(jué)技術(shù)的應用領(lǐng)域。

　三、視覺(jué)傳感技術(shù)的實(shí)現基礎

　視覺(jué)傳感器的圖像采集單元主要由CCD/CMOS相機、光學(xué)系統、照明系統和圖像采集卡組成，將光學(xué)影像轉換成數字圖像，傳遞給圖像處理單元。通常使用的圖像傳感器件主要有CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器兩種。下面將兩種傳感器的實(shí)現原理及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行詳細對比與介紹。

類(lèi)別

 CCD

CMOS

生產(chǎn)線(xiàn)

專(zhuān)用

通用

成本

高

低

集成狀況

低，需外接芯片

 單片高度集成

系統功耗

 高（1）

低（1/10~1/100）

電源

多電源

單一電源

抗輻射

 弱

強

電路結構

 復雜

 簡(jiǎn)單

靈敏度

優(yōu)

 良

信噪比

優(yōu)

 良

圖像

順次掃描

同時(shí)讀取

紅外線(xiàn)

靈敏度低

靈敏度高

動(dòng)態(tài)范圍

>70dB

 >70dB

模塊體積

大

小

取圖速度

取圖速度慢，幀率低

取圖速度塊，幀率高

　　四、視覺(jué)傳感技術(shù)的應用

　　1、汽車(chē)車(chē)身視覺(jué)檢測系統

　車(chē)身成型是汽車(chē)制造的關(guān)鍵工序之一，對車(chē)身的各項指標要求嚴格，需對車(chē)身進(jìn)行100%的檢測。傳統的檢測方法操作復雜，速度慢，工期長(cháng)，只能進(jìn)行抽檢，難以保證產(chǎn)品的良品率。 

　通常，車(chē)身檢測主要是檢測車(chē)身?yè)躏L(fēng)玻璃尺寸、車(chē)門(mén)安裝處棱邊位置、定位孔位置等地方。因此視覺(jué)傳感器分布于這些位置附近，測量其相應的棱邊、孔、表面的空間位置尺寸。在生產(chǎn)線(xiàn)上設計測量工位，車(chē)身定位后，置于一框架內，框架由縱橫分布的金屬柱、桿構成，可根據需要在框架上靈活安裝視覺(jué)傳感器。根據測量點(diǎn)的數量可安裝相應數量的視覺(jué)傳感器（通常情況下每個(gè)視覺(jué)傳感器測量一個(gè)被測點(diǎn)），可根據實(shí)際需求，選擇不同形式的傳感器。

　車(chē)身檢測的工作過(guò)程為：由生產(chǎn)線(xiàn)運送車(chē)身到測量工位進(jìn)行準確定位，然后傳感器按要求順序開(kāi)始工作，計算機采集檢測點(diǎn)圖像并進(jìn)行處理，計算出被測點(diǎn)的空間三維坐標，計算值與標準值比對，得出檢測結果，并將車(chē)身送出測量工位。

　　2、連接器視覺(jué)測量系統 

   在工業(yè)生產(chǎn)中，連接器是一類(lèi)重要的工業(yè)產(chǎn)品，而它的質(zhì)量參數則是制造的重要數據，其中連接器焊腳、彈高的尺寸、間距、PIN腳、外觀(guān)等問(wèn)題是影像產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。隨著(zhù)智能產(chǎn)品廣泛使用，連接器市場(chǎng)供求量大，生產(chǎn)過(guò)程中。傳統人力檢測難以逐個(gè)排查，人員易疲勞，管控難，難以確保產(chǎn)品品質(zhì)。如今視覺(jué)傳感技術(shù)的出現解決了上述問(wèn)題，視覺(jué)傳感技術(shù)采用的是非接觸式測量且測量范圍大。 

 視覺(jué)測量系統由相機、鏡頭、光源、控制器、圖像采集卡組成，通過(guò)光學(xué)成像原理，自動(dòng)提取被測物的表面特征，將提取的產(chǎn)品數據與設定數據對比，通過(guò)OK或NG信號，發(fā)現產(chǎn)品問(wèn)題，管控產(chǎn)品品質(zhì)。整個(gè)檢測過(guò)程，只需數秒即可完成，既滿(mǎn)足了高產(chǎn)量需求，又可降低成本，提高生產(chǎn)效率。

3、三維形貌視覺(jué)測量

　三維形貌數字化測量技術(shù)是逆向工程和產(chǎn)品數字化設計、管理及制造的基礎支撐技術(shù)。它所實(shí)現三維形貌數字化測量的機理是將視覺(jué)非接觸、快速測量和最新的高分辨力數字成像技術(shù)相結合。由于所測量的物體多是大型、具有復雜表面的物體，測量通常分為局部三維信息獲取和整體拼接兩部分，先利用視覺(jué)掃描傳感器對被測形貌各個(gè)局部區域進(jìn)行測量，再采用拼接技術(shù)將各部分形貌進(jìn)行拼接最終得到完整圖像。  

　這項傳感器的視覺(jué)掃描測頭采用局域雙目立體視覺(jué)測量原理設計。形貌整體拼接實(shí)質(zhì)上是將所采集到的數據放到公共坐標上，這樣就能得到整體的數據描述。通過(guò)高分辨率數碼相機從測量空間的上方以不同的角度和位置對被測量進(jìn)行數據收集，運用光束定向交匯平差原理得到控制點(diǎn)空間坐標并建立全局坐標系，最后通過(guò)各個(gè)坐標系進(jìn)行關(guān)聯(lián)、轉換，完成數據拼接。

   視覺(jué)源于生物界獲取外部環(huán)境信息的一種方式，是自然界生物獲取信息的最有效手段，是生物智能的核心組成之一。人類(lèi)80%的信息都是依靠視覺(jué)獲取的，基于這一啟發(fā)研究人員開(kāi)始為機械安裝“眼睛”，使得機器跟人類(lèi)一樣通過(guò)“看”獲取外界信息。視覺(jué)傳感器技術(shù)的實(shí)質(zhì)就是圖像處理技術(shù)，通過(guò)截取物體表面的信號繪制成圖像從而呈現在人們的面前，它的出現解決了其他傳感器因場(chǎng)地環(huán)境限制或檢測設備龐大而無(wú)法操作的問(wèn)題，提升了企業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)能力，因此備受工業(yè)制造界的歡迎。