视觉系统组成：了解视网膜到大脑的传递路径

通常，为了减轻视觉系统的负担，人们总是尽可能地改善外部环境条件，对视角、照明、物体的放置方式作出某种限制，但更重要的还是加强视觉系统本身的功能和使用较好的信息处理方法。

视觉系统可以分为图像输入（获取）、图像处理、图像理解、图像存储和图像输出几个部分，如图5-44所示。实际系统可以根据需要选择其中的若干部件。

图5-44　视觉系统的组成

1.视觉传感器

视觉传感器是将景物的光信号转换成电信号的器件。大多数机器人视觉系统都不必通过胶卷等媒介物，而是直接把景物摄入。过去经常使用光导摄像管、电视摄像机等作为机器人的视觉传感器，近年来开发了CCD（charge-coupled device，电荷耦合器件）和MOS（metal-oxidesemiconductor，金属氧化物半导体）器件等组成的固体视觉传感器。固体视觉传感器又可以分为一维线性传感器和二维线性传感器，目前二维线性传感器所捕获图像的分辨率已经可以达到四千个像素以上。由于固体视觉传感器具有体积小、重量轻等优点，因此其应用日趋广泛。

由视觉传感器得到的电信号，经过A/D转换成数字信号，称为数字图像。一般地，一个画面可以分成256像素×256像素、512像素×512像素或1024像素×1024像素，像素的灰度可以用4位或8位二进制数来表示。一般情况下，这么大的信息量对机器人系统来说是足够的。要求比较高的场合，还可以通过彩色摄像系统或在黑白摄像管前面加上红、绿、蓝等滤光器得到颜色信息和较好的反差。

如果能在传感器的信息中加入景物各点与摄像管之间的距离信息，显然是很有用的。每个像素都含有距离信息的图像，称之为距离图像。目前，有人正在研究获得距离信息的各种办法，但至今还没有一种简单实用的装置。

2.摄像机和光源控制

机器人的视觉系统直接把景物转化成图像输入信号，因此取景部分应当能根据具体情况自动调节光圈的焦点，以便得到一张容易处理的图像。为此，系统应能进行以下调整：(www.xing528.com)

①焦点能自动对准要看的物体；

②根据光线强弱自动调节光圈；

③自动转动摄像机，使被摄物体位于视野中央；

④根据目标物体的颜色选择滤光器。

此外，还应能调节光源的方向和强度，使目标物体能够被看得更清楚。

3.计算机

由视觉传感器得到的图像信息要由计算机存储和处理，然后计算机根据各种目的输出处理后的结果。20世纪80年代以前，由于微计算机的内存量小，内存的价格高，因此往往另加一个图像存储器来储存图像数据。现在，随着技术的进步，除了某些大规模视觉系统之外，一般的视觉系统都使用微计算机或小型机。

除了通过显示器显示图形之外，还可以用打印机或绘图仪输出图像，且使用转换精度为8位的A/D转换器就可以了。但由于数据量大，要求转换速度快，目前已在使用100 MB以上的8位A/D转换芯片。

4.图像处理机

一般计算机都是串行运算的，要处理二维图像很费时间。在要求较高的场合，可以设置一种专用的图像处理机，以便缩短计算时间。图像处理机只是对图像数据做了一些简单、重复的预处理，数据进入计算机后，还要进行各种运算。