視覺檢測是機器代替人眼來做測量和判斷，指通過機器視覺產品（即圖像攝取裝置，分 CMOS 和CCD 兩種）將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號；圖像系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據判別的結果來控制現場的設備動作。是用于生產、裝配或包裝的有價值的機制。它在檢測缺陷和防止缺陷產品被配送到消費者的功能方面具有不可估量的價值。但視覺檢測機器受相機、鏡頭、光源等因素的影響會產生不穩定性，如何最大程度保證機器的穩定性成了許多企業關心的問題。

不穩定性因素

工業相機

工業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量上和穩定性方面要優于CCD相機。

工業鏡頭

影響照相機畫質的另一個重要因素是照相機的鏡頭。除了根據實際工作條件選擇合適的鏡頭焦距、焦距、焦距等基本參數外，影響網絡檢測精度的重要因素是無法消除圖像幾何圖形的崎變誤差，只能進行嵌入。許多工業相機用各種方法來填補廣角鏡頭崎變引起的誤差，但在高精度檢測行業，幾何圖形會影響檢測精度。

光源

光源會增加圖像特征和缺陷，減弱干擾和背景圖的作用，很快影響輸入信息數據的質量。由于沒有實用的照明設備，光源設計方案是機器視覺技術的問題，一般情況下不僅必須針對每個特殊應用場合選擇光源類型，而且必須根據實際自然環境設置光源，估計光源照明方法已經超過了最佳的實用效果。穩定性因光源的種類而異，通常的不可見光源有LED光源、LED光源、太陽能燈、鈉光等。不

可見光最大的缺陷是太陽能燈等光能不能連續穩定地導出。100小時內光能下降15%左右。隨著應用時間的延長，光能的導出持續減少。因此，光源的選擇差異也是影響視覺檢查裝置的不穩定因素。

軟件檢測

檢測軟件穩定性是影響機器視覺檢測結果的一項重要因素，視覺系統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，算法優劣決定測量精度的高低。

外界環境

視覺系統工作環境因素包括環境溫度、光照度、電源電壓、灰塵、濕度以及電磁干擾等，良好的運行環境是視覺系統正常運行的保障。外界光照會影響照射在被測物體上的光照度，增加圖像數據輸出的噪聲，電源電壓的變化也會導致光源發光不穩定，產生隨時間變化的噪聲。溫度變化也會對相機的性能產生影響，相機在出廠時都會標志正常工作的溫度范圍，電磁干擾是工業檢測現場不可避免的干擾因素，它對工業相機電路、數據信號傳輸電路等弱電電路的影響尤為嚴重。

解決方法

工業相機

如果企業沒有特殊需求，CCD傳感器相機是保證圖像質量和穩定性的首要選擇，其中相機的分辨率和幀率主要根據檢測精度和檢測速度來選擇，通過計算檢測物體的視場大小與相機與被測物之間的距離決定合適的分辨率，考慮被測物體的運動速度與檢測精度要求選擇相機的幀率。

工業鏡頭

需要根據相機的極限分辨率來選取對應的鏡頭分辨率，選擇大于相機極限分辨率的相機即可，還需要根據工作距離與視野計算鏡頭的焦距，并根據被測物體與相機的距離變化選用合適的景深。在高精度測量下，要保證測量精度，除以上參數的正確選擇之外，可以選擇幾何畸變相對于普通鏡頭小的遠心鏡頭，遠心鏡頭不僅幾何畸變較小，還能減小物體距離變化帶來的誤差。

光源

若無特殊要求，對可見光光源，應優先考慮使用LED光源，在對采集圖像質量有決定性影響的光源均勻性上，LED光源明顯優于鹵素燈、日光燈等其它光源，而且它還具有耗電低、使用壽命長和對環境無污染的優點。為了減小外界光對視覺系統穩定性的影響，也可以通過增加光源箱的方式屏蔽外界光源。

算法

硬件采集到的原始圖像最終要通過圖濾波、邊緣檢測等算法才能完成檢測功能，實現檢測結果的輸出。其中圖像濾波可以抑制采集到圖像中存在的噪聲，降低光源與灰度值不穩定的問題，提高信噪比，其本質是通過算法保證圖像上像素點間最小方差最小。對于高精度測量系統來說，粗邊界像素級精度往往難以滿足要求，亞像素級邊緣定位技術在像素級別位置通過細分算法與擬合方法結合可以使邊緣位置達到0.1甚至0.01的亞像素級精度，系統檢測精度得到保證。

外部環境

最大程度減少外部環境的干擾，嚴格按照機器視覺檢測機器標注使用準則使用，例如相機在出廠時都會標志正常工作的溫度范圍，工廠應當確保機器在正常溫度內工作。使用合格的視覺產品，合格的視覺產品會在出廠時經嚴格的抗干擾測試，極大的降低了外界電磁干擾對硬件電路的影響。

總的來說，機器視覺系統的設計需要考慮多方面的因素，除了根據需求按照常規選型參數選擇相應參數的設備之外，還需要考慮光源的穩定性、相機的畸變誤差，以及被檢測物體與相機之間的相對運動等因素給檢測系統帶來的穩定性干擾與測量誤差。只有綜合考慮這些因素進行視覺系統的優化設計，才能建立穩定、合格的機器視覺檢測系統。

審核編輯：劉清