3. 机器视觉基础与台达DMV系统
机器视觉系统的成像质量，在相机快门按下之前就已经被决定了。光源、镜头、相机三者的匹配关系，决定了图像中目标与背景的对比度、边缘锐度、视野范围和空间分辨率。台达DMV系列视觉控制器（如DMV1000/DMV2000）把图像采集、处理、通信集成在一台控制器内，但前端光学链路的选型仍然遵循通用视觉原理。本节从光学链路出发，落到DMV软件的实际操作。
一、光源：先解决"看得见"，再谈"看得准"
光源的核心任务不是把工件照亮，而是制造目标特征与背景之间的灰度差。选型时先判断检测目标属于哪一类：表面缺陷、尺寸测量、字符识别还是定位引导。不同目标对应不同的照明方式。
- 环形光（低角度/高角度）：高角度环形光适合平面字符、标签的均匀照明；低角度环形光掠射表面，能突出划痕、压印、毛刺等微小起伏。
- 背光（透射光）：光源置于工件背面，工件轮廓呈黑色剪影，适合尺寸测量、孔位检测、边缘定位，边缘对比度最高。
- 同轴光：光线经半透半反镜垂直照射，适合高反光金属表面、镜面工件的字符与划痕检测，可抑制反光斑。
- 条形光/组合光：用于大尺寸工件或需要多方向照明的场合，常以两条对射或四方向组合消除阴影。
颜色选择同样关键。互补色搭配能显著提升对比度：红色光源照射蓝色字符，字符吸收红光呈暗色，背景反射呈亮色。常见搭配是红光配蓝/绿标记、蓝光配黄色标记、白光用于彩色区分。若工件有环境光干扰，应加装遮光罩或选用带频闪同步的光源控制器，让光源只在曝光瞬间点亮。
二、镜头：把视野和精度算清楚
镜头选型的第一步是确定视野（FOV）和所需精度。假设检测区域为 100 mm × 80 mm，要求最小可检测缺陷为 0.1 mm，则所需分辨率至少为 100/0.1 = 1000 像素（横向）。考虑边缘检测通常需要 2～4 个像素覆盖一个特征，实际应取 2000～4000 像素。据此可反推相机分辨率，再结合靶面尺寸选择镜头焦距。
焦距估算公式为：f = (靶面尺寸 × 工作距离) / 视野。例如选用 1/1.8″ 相机（靶面约 7.2 mm × 5.4 mm），工作距离 300 mm，要求横向视野 100 mm，则 f ≈ (7.2 × 300) / 100 = 21.6 mm，可选用 25 mm 定焦镜头并微调工作距离。若空间受限需要更短工作距离，则改用更短焦距或更大靶面相机。
除焦距外还需关注：景深（光圈越小景深越大，但进光量下降）、畸变（远心镜头畸变极低，适合精密测量，但价格高、视野小）、接口（C口或CS口，法兰距不同，不可混用）、光圈与分辨率（百万像素镜头才能匹配高分辨率相机，否则边缘发虚）。
三、相机：分辨率、帧率与接口的平衡
相机选型围绕三个参数：分辨率、帧率和接口。分辨率由精度需求反推，帧率由产线节拍决定。若产线每分钟通过 60 个工件，每个工件需拍摄 1 张，则相机帧率至少 1 fps；若需多角度拍摄或运动抓拍，则需更高帧率并配合频闪光源。
接口方面，GigE Vision 适合长距离传输（可达 100 m），USB3.0 适合短距离高带宽，Camera Link 用于高速高分辨率场合。台达DMV控制器通常通过 GigE 或 USB 接口连接工业相机，选型时需确认控制器支持的相机品牌与协议。
四、DMV软件界面与图像采集操作
台达DMV软件（DMV Builder / DMV Vision）的主界面通常分为四个区域：左侧为工程与工具树，中间为图像显示窗口，右侧为参数设置面板，底部为运行状态与日志。首次使用时的操作顺序如下。
- 新建工程并连接相机：在设备管理中选择相机型号，确认IP地址（GigE相机）或端口号，点击连接后图像窗口应出现实时画面。
- 调整曝光与增益：先固定光源亮度，再调曝光时间。观察直方图，让目标灰度落在 80～180 之间，背景与目标的灰度差至少 40 个灰度级。若曝光已到上限仍偏暗，再小幅增加增益，但增益过大会引入噪点。
- 设置触发模式：连续采集用于调试，正式运行应切换为硬触发，由光电传感器或PLC给出触发信号，确保每个工件在相同位置被拍摄。
- 标定：使用标定板（如棋盘格）建立像素与实际尺寸的对应关系，得到 mm/pixel 系数。例如标定后 1 pixel = 0.05 mm，则 0.1 mm 缺陷对应 2 个像素，满足检测要求。
- 保存参数并测试：将曝光、增益、触发、标定参数保存为工程文件，连续采集 20 个工件，检查图像一致性，确认无过曝、欠曝或位置偏移。
五、选型检查清单
| 项目 | 检查内容 | 示例值 |
|---|---|---|
| 视野 FOV | 是否覆盖整个检测区域并留 10% 余量 | 100 mm × 80 mm |
| 分辨率 | 最小特征至少占 2～4 像素 | 2000 × 1500 |
| 镜头焦距 | f = 靶面 × WD / FOV | 25 mm |
| 景深 | 工件高度波动是否在景深内 | ±2 mm |
| 光源 | 目标与背景灰度差是否 ≥40 | 背光，差值 120 |
| 触发 | 硬触发信号是否稳定 | 光电传感器 NPN |
| 标定 | mm/pixel 是否已保存并验证 | 0.05 mm/pixel |
完成以上步骤后，DMV系统就具备了稳定的图像输入。后续的视觉工具（如找边、模板匹配、Blob分析）都建立在这一步的图像质量之上。若采集阶段留下过曝、欠曝或触发抖动，后续算法再复杂也难以弥补。因此，光源、镜头、相机的选型与DMV参数设置应当作为一个整体来验证，而不是各自独立调优。