計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)是個(gè)邊緣學(xué)科，集眾家之所長，是個(gè)工程性很強(qiáng)的技術(shù)，主要需要有空間幾何、矩陣分析、光電技術(shù)、圖像處理、應(yīng)用數(shù)學(xué)、離散數(shù)學(xué)及計(jì)算機(jī)技術(shù)等等各個(gè)方面的知識，才能正確的指導(dǎo)視覺系統(tǒng)的建模、解模及實(shí)際工程問題的解決方法，本文主要想從視覺的結(jié)構(gòu)討論下。
　　計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)一般有光源、攝像機(jī)、采集卡及PC軟件系統(tǒng)等組成，可以完成圖像的采集與處理、目標(biāo)的識別功能，視覺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一般是從系統(tǒng)的模型的角度理解的，下面針對各種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、設(shè)計(jì)要點(diǎn)及工程要點(diǎn)進(jìn)行簡單的闡述。
　　1、結(jié)構(gòu)光：
　　結(jié)構(gòu)光視覺系統(tǒng)是一種主動(dòng)視覺方式，一般用于二維尺寸檢測或三維的距離測量等，其中關(guān)鍵點(diǎn)就是光源可控的，而且要特殊設(shè)計(jì)，如光源可是線形的，也可是多線形的，甚至是網(wǎng)格狀光源，由于攝像機(jī)主要關(guān)心光條上的圖像信息，所以數(shù)據(jù)量劇減，便于應(yīng)用在快速采集工程中，關(guān)鍵是在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中引入了光源的結(jié)構(gòu)信息，如線結(jié)構(gòu)光的光平面信息，所以可用單攝像機(jī)完成三維的測量；系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型也是基于透視成像模型，但物方空間的點(diǎn)是限制在光平面上的，所以相當(dāng)于一維測量信息完成三維的測量目的，模型的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要在光源的結(jié)構(gòu)及光源與攝像機(jī)的相對位置關(guān)系，如光平面與主光軸的夾角，在多線性結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)中主要是多個(gè)光平面間的關(guān)系；系統(tǒng)標(biāo)定主要要標(biāo)定光平面的位置，一般可用四點(diǎn)法，利用經(jīng)緯儀系統(tǒng)進(jìn)行全局標(biāo)定，本人在鋼管直線度檢測系統(tǒng)中使用了多結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)。
　　2、單目成像：
　　這類系統(tǒng)應(yīng)用較多，主要完成二維尺寸測量，一般由一個(gè)攝像機(jī)、采集卡及pc即可組成，若測量環(huán)境允許可不采用光源，否則可采用LED或普通熒光燈即可，像本人做的蔭罩板質(zhì)量視覺評估系統(tǒng)就采用單目結(jié)構(gòu)，可認(rèn)為是一種被動(dòng)式系統(tǒng)，對光源的要求主要是平穩(wěn)性、亮度均勻適中、光譜匹配即可；系統(tǒng)的模型主要是透視成像模型，可參考經(jīng)典的TSAI模型理論，但由于在應(yīng)用中被測物一般都位于與光軸垂直的一個(gè)平面內(nèi)，所以在建立模型時(shí)可簡化TSAI模型結(jié)構(gòu)，如Z是固定的；有一點(diǎn)要注意，在透視模型中f說成是成像透鏡的焦距，實(shí)際這時(shí)有條件的，一為成像的物距較遠(yuǎn)，所以象距近似為f，另一個(gè)方面是在模型中是采用理想的小孔模型，將鏡頭理想化了，所以將象距考慮成焦距f，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該將此f理解為象距。此類系統(tǒng)的標(biāo)定方法較多，可采用靶標(biāo)的方式進(jìn)行，如圓孔形靶標(biāo)，網(wǎng)格線形靶標(biāo)；通過透視成像理論可建立物像點(diǎn)間的關(guān)系，其中待標(biāo)定的參數(shù)包含系統(tǒng)內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)兩種，內(nèi)參數(shù)表征了攝像機(jī)坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系間的映射關(guān)系，而外參數(shù)主要表征了系統(tǒng)攝像機(jī)在全局坐標(biāo)系的位姿，所以一般方程都是非線性的，所以可通過一些物像匹配點(diǎn)建立方程組來求解待標(biāo)定參數(shù)，TSAI兩步法是一個(gè)很經(jīng)典的方法，一些文章資料也討論了多種標(biāo)定方法，由于方程組是非線性方程組，所以采用最小二乘及迭代法比較多，但效果有時(shí)一般，因?yàn)榭赡軙�收斂于局部極值，所以一般要給個(gè)很好的系統(tǒng)初值，這樣才有利于解的求解，常用的方法就是通過引入中間變量的方式將其線性化，這樣能提高標(biāo)定的精度。有時(shí)可充分的利用物方空間的幾何約束關(guān)系建立很好的標(biāo)定條件。利于標(biāo)定的進(jìn)行。
　　3、雙目結(jié)構(gòu)：
　　雙目一般采用視差的原理完成三維的測量，雙目有很多系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變形，如鏡面式雙目結(jié)構(gòu)，采用平面鏡的成像原理，可用一個(gè)攝像機(jī)完成雙目的測量，此系統(tǒng)一般關(guān)注于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，對其進(jìn)行優(yōu)化，以完成觀察視場與定位精度的折衷處理，雙目應(yīng)用中主要就是物體匹配點(diǎn)的建立，如空間點(diǎn)A在兩個(gè)攝像機(jī)中成像點(diǎn)的對應(yīng)建立，雖然可用外極線約束的關(guān)系將點(diǎn)的匹配由二維降為一維，但匹配的精度還是很難做高，這樣就影響了系統(tǒng)的三維點(diǎn)的定位精度，所以這里是雙目結(jié)構(gòu)的一個(gè)難點(diǎn)，一般都采用人為目標(biāo)的方式來建立一些匹配關(guān)系；有時(shí)可利用被測物上的特征點(diǎn)完成匹配，如角點(diǎn)，但這些信息有時(shí)很少，所以不利于系統(tǒng)的精度，如何有有限個(gè)對應(yīng)點(diǎn)(特征點(diǎn))建立整個(gè)圖像的對應(yīng)呢？可采用射影空間的知識，由于在透視成像環(huán)境下，兩個(gè)攝像機(jī)的像間關(guān)系可看做有個(gè)射影變換，在齊次坐標(biāo)下，射影變換相當(dāng)于有11個(gè)自由度，一個(gè)對應(yīng)點(diǎn)能建立兩個(gè)方程，所以有6個(gè)對應(yīng)點(diǎn)就可求出射影變換關(guān)系，一般為了避免噪聲的影響，可多取一些點(diǎn)，采用最小平分誤差的方式(最小二乘法)，點(diǎn)也可采用RANSAC方式來處理，這樣建立兩個(gè)圖像的射影變換后，就可求出各個(gè)圖像點(diǎn)的映射關(guān)系，當(dāng)然前提是變換區(qū)域是在兩個(gè)攝像機(jī)的公共視場內(nèi)。
　　4、線掃描：
　　以上討論的結(jié)構(gòu)其攝像機(jī)一般都是面陣的，而在一些應(yīng)用場合中線掃描還是有很大優(yōu)勢的，如高速應(yīng)用中，如一維尺寸的測量；本人做的薄膜測寬裝置、鋼板表面缺陷評估系統(tǒng)就是采用的線掃描方案，前者用的比較簡單的CCD，后者采用高速CCD，滿足鋼板的300m/min運(yùn)行速度；線掃描方案主要設(shè)計(jì)點(diǎn)在光源與CCD的選取上，其標(biāo)定方案可參考我的文章《兩步法標(biāo)定線陣CCD》。