一个机器视觉系统需要几种必要组成元素，来获得图像的数字化表达，修改数据，把数字化的图像数据表达在现实中。它有三大功能：图像采集、处理过程和输出/展示。
有视觉系统的工业制造单元：视觉系统观察物体，确定它是否在规格范围内，并相应地产生命令信号。图像采集系统包括灯光、摄像机和frame grabber抓帧器。
将一个物理对象的视觉图像及其内在特征转换成一组可被系统处理单元使用的数字化数据的过程。 四个阶段： Illumination; Image formation and focusing; Image detection or sensing; Formatting camera output signal;
一种从模拟视频信号或数字视频流中捕获单个数字静止帧的电子设备。在典型的机器/计算机视觉系统中，帧抓取器还以原始或压缩的数字形式显示、存储或传输捕获的视频帧。
目的是为机器视觉环境下的摄像机提供一个有效的视觉环境。 照明是关键参数，往往也是限制因素； 主要种类： Front lighting：光源和摄像机在物体的同一侧（用于获取表面结构、特征和尺寸标准） Back lighting：物体在光源和摄像机中间 Structured light：用网格或规则条纹照亮物体
Front lighting： Specular Measurement镜面测量： （bright field明视野） 光滑表面是亮的，光强对表面的角度比较敏感，相机拍到的图片上，光场中的黑点表示缺陷。
Diffuse Light Measurement漫射光测量： （Dark field暗视野） 测量漫射光；光滑的平面是暗的；光场中的亮点表示缺陷。
Back lighting： 创建物体轮廓；通常用于定位在传送带上移动的部件；理想的检测异物和透明物体的断裂方法 作用：产生高对比度的图像，最小化处理任务，并降低系统对照明源变化的敏感性。不能用于获取表面特征信息，也不能获取剪影中不可见的特征信息，比如盲孔中螺栓的存在，以及相互重叠的物体。
Structured light： 在2D图片中存储3D信息；光照角度和光结构（条纹、网格）取决于应用场景。
照相机是一种用来捕捉静止图像(照片)或作为移动图像序列(电影或视频)的设备。通常包括：透镜系统（在一端包括一个开口(孔径)，供光线进入）。图像捕获（捕捉光的另一端）。
图像成像&聚焦：物体的图像用镜头聚焦在传感元件上。传感器将视觉图像转换成电信号。
图像探测：图像检测是由相机的图像传感器完成的。图像传感器的基本概念是，传感器中的每个像素或区域根据落在每个像素区域的设备上的光能量产生单独的电信号。
大多数相机使用CCD或CMOS感光元件来捕捉图像，两者都使用光电原理。它们能捕捉单色图像的亮度。Charge-coupled device电荷耦合器件(CCD)是一种用于记录图像的传感器，由集成电路组成，其中包含一组连接或耦合的电容器。Complementary metal-oxide semiconductor互补金属氧化物半导体(CMOS)是一种主要的集成电路。 Photovoltaic principles光生伏打原理:光源发出的光子能量使电子离开valence band价带而变成conduction band导带。入射光子的数量影响宏观conductivity导电性。被激发的电子是电压的来源，电压变成电流。电流与进入的能量(光子)成正比。 相机配备了必要的电子设备来提供数字化图像。彩色摄像机类似于单色摄像机+颜色过滤器。
CCD相机是一种基于电荷耦合器件的相机(CCD)技术。 CCD是一个analog shift register模拟移位寄存器组成的一系列密集的电容器。它使模拟信号(电荷)通过连续运输阶段(电容器)由一个时钟信号控制。用于序列化并行模拟信号光电光传感器阵列。对图像捕获而言，存在由硅制成的光敏区域和作为CCD的透射区域。
图像捕获操作基础： 图像通过光敏区投射到电容器阵列上。每个电容器会累积一个与所处位置的光强度成比例的电荷。当电容器的数组是完全暴露在形象(曝光时间)，一个控制电路使每个电容器转移它的内容到它的邻居。数组中最后一个电容器的电荷移动电荷转换成电压电荷放大器。重复这一过程,控制电路将整个半导体数组的内容转换为一个序列的电压。 读出传感器电容器所累积电荷的两种方法： Interline transfer行间转移：电荷被转移到shielded area屏蔽区域→列中的电荷向下移动一个单元→然后一排电荷被移出。
Frame transfer帧转移：所有的电荷都转移到屏蔽区域→然后将每一行电荷移出。
Monochromatic Camera： Q/U convesion——Charge amplifier电荷放大器，把电荷转换成电压 AGC g correction——Automatic gain control自动增益控制，根据场景中的光量改变相机的增益。
图像的Gamma correction伽马校正（灰度校正）或编码是为了补偿人类视觉的特性——确保不会有太多的位被分配给人类看不见的高光，而很少的位被分配给人类敏感的阴影值。
Color Camera： 捕捉彩色图像的三种策略： 1.在单色相机前用滤色片连续记录三幅不同的图像（颜色顺序捕获-切换颜色与颜色滤镜轮） 2.在单个传感器上使用颜色滤镜阵列（整色滤波器阵列(color filter arrays CFA) -滤波器的适当特征的R,G和B被放置在芯片上。） 3.入射光通过一个类似棱镜的装置被分成几个颜色通道（三芯片色彩-使用光学将场景分成三个独立的图像平面和三个CCD芯片） 人眼对绿色最敏感、对红色最不敏感、对蓝色最不敏感的特性被最常用的单片相机滤色器所利用。
CMOS摄像系统采用CMOS图像传感器或CMOS有源像素传感器(active pixel sensor APS)。CMOS是一种集成电路。 APS是一种图像传感器，由包含像素传感器阵列的集成电路组成，每个像素均包含光电探测器和有源放大器。 最常用于手机摄像头和网络摄像头。
Smart Camera： 智能相机是一种集成的机器视觉系统，除了图像捕获电路外，它还包括处理器（无需外部处理单元即可从图像中提取信息）和用于使结果可用于其他设备的接口设备。 它是通常带有CMOS图像传感器的嵌入式系统。
Aperture（光圈） 是光线进入的一个开口。它控制通过相机镜头的光量。Focal point（焦点）是平行于光轴的平行光在其上聚焦的点。Collimated light（准直光）是光线几乎平行的光。
焦距f是一种光学系统聚合(聚焦)或发散程度的量度。焦距较短的系统比长焦距系统具有更大的光学功率。从焦距 f f f，可以计算出物体锐度的距离 D 0 D_0 D0。 D 0 = f ( 1 + 1 m ) D_0=f(1+\frac{1}{m}) D0=f(1+m1) p p p是optical power光学功率，且 p = 1 f p=\frac{1}{f} p=f1
放大率 m m m： m < < 1 m<<1 m<<1时，描述宏观世界（工业自动化系统） m > > 1 m>>1 m>>1时，描述微观世界。 设 H i H_i Hi为图片尺寸， H o H_o Ho为实际物体尺寸，则 m = H i H o = D i D o m=\frac{H_i}{H_o}=\frac{D_i}{D_o} m=HoHi=DoDi
传感器或摄像机的视场(field of view FOV)是指传感器所能感知或摄像机所能观察到的场景的大小。
照相机的镜头聚焦在一个点上，但是在这个焦点的前后有一个区域仍然显得清晰。这个区域被称为景深(depth of field) 景深是场景中出现清晰图像的部分。circle of confusion模糊圈是在对点光源成像时，由于透镜的光不能达到完美焦点而产生的一个光斑。
depth of field= 2 α f / ( m + 1 ) m 2 \frac{2αf/(m+1)}{m^2} m22αf/(m+1) α ： 像 素 大 小 ； f / ： 光 圈 尺 寸 ； m ： 放 大 率 α：像素大小；f/：光圈尺寸；m：放大率 α：像素大小；f/：光圈尺寸；m：放大率 光圈尺寸是在相机中调整 f f f值的离散步长。 f f f=焦距除以有效光圈孔径。
