一、視覺傳感器概述

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

　二、視覺傳感技術分類

   目前，視覺傳感技術主要分為以下兩類：
  1、3D視覺傳感技術

   在當前的視覺系統中，3D立體成像成為研究熱點，無需佩戴立體眼鏡就能看到立體圖像成為視覺系統的發展方向。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使用的是單鏡頭攝像機，制作游戲使用的是3D軟件技術，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光的圖象，也有通過檢測輻射、紅外線、超聲波等不同形式來獲取圖象信息。不同傳感器技術有不同的分辨率、精度和噪聲，我們可從圖象傳感器提取部分有用的信號進行分析應用。

　  3D視覺傳感器具有廣泛的用途，比如多媒體手機、網絡攝像、數碼相機、機器人視覺導航、汽車安全系統、生物醫學像素分析、人機界面、虛擬現實、監控、工業檢測、無線遠距離傳感、顯微鏡技術、天文觀察、海洋自主導航、科學儀器等等。這些不同的應用均是基于3D視覺圖像傳感器技術。特別是3D影像技術在工業控制、汽車自主導航中具有急迫的應用。 

   2、智能視覺傳感技術

   智能視覺傳感技術下的智能視覺傳感器也稱智能相機，是近年來機器視覺領域發展最快的一項新技術。智能相機是一個兼具圖像采集、圖像處理和信息傳遞功能的小型機器視覺系統，是一種嵌入式計算機視覺系統。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、易用、易維護、安裝方便，更加可靠穩定。同時系統尺寸大大縮小，拓寬了視覺技術的應用領域。

　三、視覺傳感技術的實現基礎

　視覺傳感器的圖像采集單元主要由CCD/CMOS相機、光學系統、照明系統和圖像采集卡組成，將光學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現原理及優缺點進行詳細對比與介紹。

類別

 CCD

CMOS

生產線

專用

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

 簡單

靈敏度

優

 良

信噪比

優

 良

圖像

順次掃描

同時讀取

紅外線

靈敏度低

靈敏度高

動態范圍

>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、視覺傳感技術的應用

　　1、汽車車身視覺檢測系統

　車身成型是汽車制造的關鍵工序之一，對車身的各項指標要求嚴格，需對車身進行100%的檢測。傳統的檢測方法操作復雜，速度慢，工期長，只能進行抽檢，難以保證產品的良品率。 

　通常，車身檢測主要是檢測車身擋風玻璃尺寸、車門安裝處棱邊位置、定位孔位置等地方。因此視覺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。在生產線上設計測量工位，車身定位后，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傳感器。根據測量點的數量可安裝相應數量的視覺傳感器（通常情況下每個視覺傳感器測量一個被測點），可根據實際需求，選擇不同形式的傳感器。

　車身檢測的工作過程為：由生產線運送車身到測量工位進行準確定位，然后傳感器按要求順序開始工作，計算機采集檢測點圖像并進行處理，計算出被測點的空間三維坐標，計算值與標準值比對，得出檢測結果，并將車身送出測量工位。

　　2、連接器視覺測量系統 

   在工業生產中，連接器是一類重要的工業產品，而它的質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、外觀等問題是影像產品質量的關鍵。隨著智能產品廣泛使用，連接器市場供求量大，生產過程中。傳統人力檢測難以逐個排查，人員易疲勞，管控難，難以確保產品品質。如今視覺傳感技術的出現解決了上述問題，視覺傳感技術采用的是非接觸式測量且測量范圍大。 

 視覺測量系統由相機、鏡頭、光源、控制器、圖像采集卡組成，通過光學成像原理，自動提取被測物的表面特征，將提取的產品數據與設定數據對比，通過OK或NG信號，發現產品問題，管控產品品質。整個檢測過程，只需數秒即可完成，既滿足了高產量需求，又可降低成本，提高生產效率。

3、三維形貌視覺測量

　三維形貌數字化測量技術是逆向工程和產品數字化設計、管理及制造的基礎支撐技術。它所實現三維形貌數字化測量的機理是將視覺非接觸、快速測量和最新的高分辨力數字成像技術相結合。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，先利用視覺掃描傳感器對被測形貌各個局部區域進行測量，再采用拼接技術將各部分形貌進行拼接最終得到完整圖像。  

　這項傳感器的視覺掃描測頭采用局域雙目立體視覺測量原理設計。形貌整體拼接實質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行數據收集，運用光束定向交匯平差原理得到控制點空間坐標并建立全局坐標系，最后通過各個坐標系進行關聯、轉換，完成數據拼接。

   視覺源于生物界獲取外部環境信息的一種方式，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80%的信息都是依靠視覺獲取的，基于這一啟發研究人員開始為機械安裝“眼睛”，使得機器跟人類一樣通過“看”獲取外界信息。視覺傳感器技術的實質就是圖像處理技術，通過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地環境限制或檢測設備龐大而無法操作的問題，提升了企業自動化生產能力，因此備受工業制造界的歡迎。