1.2　机器视觉的硬件构成

人眼的硬件构成笼统点说就是眼珠和大脑，机器视觉的硬件构成也可以大概说成是摄像机和电脑，如图1.1所示。作为图像采集设备，除了摄像机之外，还有图像采集卡、光源等设备。以下从计算机和图像输入采集设备。两方面做较详细的说明。

1.2.1　计算机

计算机的种类很多，有台式计算机、笔记本计算机、平板电脑、工控机、微型处理器等，但是其核心部件都是中央处理器、内存、硬盘和显示器，只不过不同计算机核心部件的形状、大小和性能不一样而已。

（1）中央处理器

中央处理器，也叫CPU（central processing unit），如图1.2所示，属于计算机的核心部位，相当于人的大脑组织，主要功能是执行计算机指令和处理计算机软件中的数据。其发展非常迅速，现在个人计算机的计算速度已经超过了10年前的超级计算机。

（2）硬盘

电脑的主要存储媒介，用于存放文件、程序、数据等。由覆盖有铁磁性材料的一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成，如图1.3所示。

硬盘的种类有：固态硬盘（solid state drives，SSD）、机械硬盘（hard disk drive，HDD）和混合硬盘（hybrid hard disk，HHD）。SSD采用闪存颗粒来存储，HDD采用磁性碟片来存储，HHD是把磁性硬盘和闪存集成到一起的一种硬盘。绝大多数硬盘都是固定硬盘，被永久性地密封固定在硬盘驱动器中。

数字化的图像数据与计算机的程序数据相同，被存储在计算机的硬盘中，通过计算机处理后，将图像表示在显示器上或者重新保存在硬盘中以备使用。除了计算机本身配置的硬盘之外，还有通过USB连接的移动硬盘，最常用的就是通常说的U盘。随着计算机性能的不断提高，硬盘容量也是在不断扩大，现在一般计算机的硬盘容量都是TB数量级，1TB=1024GB。

（3）内存

内存（memory）也被称为内存储器，如图1.4所示，用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。只要计算机在运行中，CPU就会把需要运算的数据调到内存中进行运算，当运算完成后CPU再将结果传送出来，例如，将内存中的图像数据拷贝到显示器的存储区而显示出来等。因此，内存的性能对计算机的影响非常大。

现在数字图像一般都比较大，例如，900万像素照相机，拍摄的最大图像是3456×2592=8957952像素，一个像素是红绿蓝（RGB）3个字节，总共是8957952×3=26873856字节，也就是26873856÷1024÷1024≈25.63MB内存。实际查看拍摄的JPEG格式图像文件也就是2MB左右，没有那么大，那是因为将图像数据存储成JPG文件时进行了数据压缩，而在进行图像处理时必须首先进行解压缩处理，然后再将解压缩后的图像数据读到计算机内存里。因此，图像数据非常占用计算机的内存资源，内存越大越有利于计算机的工作。现在32位计算机的内存一般最小是1GB，最大是4GB（232Byte）；64位计算机的内存，一般最小是8G，最大可以达到128GB（264Byte）。

（4）显示器

显示器（display）通常也被称为监视器，如图1.5所示。显示器是电脑的I/O设备，即输入输出设备，有不同的大小和种类。根据制造材料的不同，可分为：阴极射线管显示器CRT（cathode ray tube）、等离子显示器PDP（plasma display panel）、液晶显示器LCD（liquid crystal display）等。显示器可以选择多种像素及色彩的显示方式，从640×480像素的256色到1600×1200像素以及更高像素的32位的真彩色（true color）。

1.2.2　图像采集设备

图像采集设备包括摄像装置、图像采集卡和光源等。目前基本上都是数码摄像装置，而且种类很多，包括PC摄像头、工业摄像头、监控摄像头、扫描仪、摄像机、手机等，如图1.6所示。当然，观看微观的显微镜和观看宏观的天文望远镜，也都是图像输入装置。

摄像头的关键部件是镜头，如图1.7所示。镜头的焦距越小，近处看得越清楚；焦距越大，远处看得越清楚，相当于人眼的眼角膜。对于一般的摄像设备，镜头的焦距是固定的；一般PC摄像头、监控摄像头等常用摄像设备镜头的焦距为4～12mm。工业镜头和科学仪器镜头有定焦镜头，也有调焦镜头。

摄像装置与电脑的连接一般是通过专用图像采集卡、IEEE1394接口和USB接口，如图1.8所示。计算机的主板上都有USB接口，有些便携式计算机除了USB接口之外，还带有IEEE1394接口。台式计算机在用IEEE1394接口的数码图像装置进行图像输入时，如果主板上没有IEEE1394接口，需要另配一枚IEEE1394图像采集卡。由于IEEE1394图像采集卡是国际标准图像采集卡，价格非常便宜，市场价从几十元到三四百元不等。IEEE1394接口的图像采集帧率比较稳定，一般不受计算机配置影响，而USB接口的图像采集帧率受计算机性能影响较大。现在，随着计算机和USB接口性能的不断提高，一般数码设备都趋向于采用USB接口，而IEEE1394接口多用于高性能摄像设备。对于特殊的高性能工业摄像头，例如，采集帧率在每秒一千多帧的摄像头，一般都自带配套的图像采集卡。

在室内生产线上进行图像检测，一般都需要配置一套光源，可以根据检测对象的状态选择适当的光源，这样不仅可以减轻软件开发难度，也可以提高图像处理速度。图像处理的光源一般需要直流电光源，特别是在高速图像采集时必须用直流电光源，如果是交流电光源会产生图像一会亮一会暗的闪烁现象。直流光源一般采用发光二极管LED（light emitting diode），根据具体使用情况做成圆环形、长方形、正方形、长条形等不同形状，如图1.9所示。有专门开发和销售图像处理专用光源的公司，这样的专业光源一般都很贵，价格从几千元到几万元不等。