瑞盟MS51xx系列芯片高精准应用于机器视觉行业

瑞盟MS51xx系列芯片高精准应用于机器视觉行业

潘珍琪

什么是机器视觉 深圳市芯晶图电子技术有限公司 杭州办潘

机器视觉是人工智能行业的重要前沿分支。机器视觉通过模拟人类视觉系统，赋 予机器“看”和“认知”的能力，是机器认识世界的基础。机器视觉利用成像系 统代替视觉器官作为输入手段，利用视觉控制系统代替大脑皮层和大脑的剩余部 分完成对视觉图像的处理和解释，让机器自动完成对外部世界的视觉信息的探测， 做出相应判断并采取行动，实现更复杂的指挥决策和自主行动。作为人工智能最 前沿的领域之一，视觉类技术是人工智能企业的布局重点，具有最大的技术分布。

机器视觉原理

五大模块构筑机器视觉系统：按照信号的流动顺序，机器视觉系统主要包括光学成像、图像传感器、图像处理、IO 和显示等五大模块。光学成像模块设计合理 的光源和光路，通过镜头将物方空间信息投影到像方，从而获取目标物体的物理 信息；图像传感器模块负责信息的光电信号转换，目前主流的图像传感器分为 CCD 与 CMOS 两类；图像处理模块基于以 CPU 为中心的电路系统或信息处理芯片，搭配完整的图像处理方案和数据算法库，提取信息的关键参数；IO 模块 输出机器视觉系统的结果和数据；显示模块方便用户直观监测系统的运行过程， 实现图像的可视化。

相对于人类视觉而言，机器视觉在量化程度、灰度分辨力、空间分辨力和观测速 度等方面存在显著优势。其利用相机、镜头、光源和光源控制系统采集目标物体 数据，借助视觉控制系统、智能视觉软件和数据算法库进行图形分析和处理，软 硬系统相辅相成，为下游自动化、智能化制造行业赋予视觉能力。随着深度学习、 3D 视觉技术、高精度成像技术和机器视觉互联互通技术的发展，机器视觉性能 优势进一步提升，应用领域也向多个维度延伸。

机器视觉核心部件：工业相机

图像分析的前提是由镜头捕捉光信号并转变为有序的电信号。区别于民用相机， 工业相机具有更高的图像稳定性、传输能力和抗干扰能力，是机器视觉系统的关 键组件。目前市面上的工业相机产品主要有线阵相机、面阵相机、3D 相机和智 能相机等。智能相机将图像的采集、处理与通信功能集成于单一相机内，已成为 工业相机发展的趋势。图像传感器是相机的核心，根据芯片类型可划分为 CCD 和 CMOS 图像传感器， 两者都使用光敏二极管进行光电转化，但在工作原理和产品特性上都存在较大区 别。

CCD 图像传感器是一个由光电二极管和存储区构成的矩阵，每一个感光元件在 将光线转化为电荷后，直接输出到下一个感光元件的存储单元，依此类推到最后 一个感光元件形成统一的输出，再由放大器放大电信号以及专门的模数转换芯片 将模拟信号转换为数字信号。而 CMOS 传感器中每一个感光元件都直接整合了 放大器和模数转换逻辑（ADC），当感光二极管接受光照、产生模拟的电信号之 后，电信号首先被该感光元件中的放大器放大，然后直接转换成对应的数字信号。

CMOS 传感器在应用于机器视觉初期，由于在处理快速变化的影像时，容易因 电流变化过于频繁而产生过热现象，使得噪声难以抑制，因此仅应用在影像画质 要求较低的中低端工业产品；而 CCD 由于图像质量更高、抗噪能力更强的优势 多应用于高端场合。

成像的核心：镜头

镜头是机器视觉图像采集部分重要的成像部件，镜头的主要作用是将目标成像在 图像传感器的光敏面上，分辨率、对比度、景深以及像差等指标对成像质量具有 关键性影响。

工业镜头按焦距可分为定焦镜头和变焦镜头；根据光圈可分为固定光圈和可变光 圈；根据视场大小可分为摄远镜头、普通镜头和广角镜头。此外，还有几种具有 特殊用途的镜头，如远心镜头、显微镜头、微距镜头、紫外镜头和红外镜头等。由于传统镜头存在视差现象（即镜头的放大倍数随物距的变化而变化），且通常 有高于 1~2%的畸变，远心镜头应用而生。它可以在一定物距范围内纠正视差的 影响，并将畸变系数严格控制在 0.1%以下。远心镜头由于其特有的平行光路设 计一直为对镜头畸变要求很高的机器视觉应用场合所青睐，适应精密检测需求。

设计光路实现目标成像：光源

机器视觉系统使用的光源主要分为LED光源、卤素灯和高频荧光灯三种，其中 最为常用的为 LED 光源。LED 光源即发光二极管光源，其发光原理和白炽灯、 气体放电灯的原理都不同，LED 光源采用固体半导体芯片为发光材料，能量转 换效率高，理论上可达白炽灯 10%的能耗，相比荧光灯也可以达到 50%的节能 效果。此外，LED 光源具有形状自由度高、使用寿命长、响应速度快、单色性 好、颜色多样、综合性价比高等特点，因此在机器视觉等工业领域具有更广泛的应用。

机器视觉光源产品可按形状划分为多种类型，如环形光源、条形光源、平面光源、 线光源、点光源、同轴光源等。不同的形状结构可提供不同的亮度、强度、照射 角度、照射面积及颜色组合等，适用于不同的机器视觉应用场景。例如环形光源 是由 LED 阵列成圆锥状以斜角照射在被测物体表面，通过漫反射方式照亮一小 片区域，工作距离在 10-15MM 时，环形光源可以突出显示被测物体边缘和高度 的变化，适合应用于PCB基板检测、IC 元件检测、集成电路印字检查等情形。

机器视觉与瑞盟的关系