视觉系统作为通过光学和神经机制实现环境感知的复杂功能体系，其核心在于将光信号转化为神经信息，并处理为视觉感知。依据应用领域，视觉系统主要分为生物视觉系统、工业视觉系统和机器视觉系统这三大类。

一、视觉系统的类型

（一）生物视觉系统

人类的视觉系统由眼球、视神经以及大脑视觉中枢构成，包含角膜、晶状体、视网膜等结构。其中，感光细胞（视杆 / 视锥细胞）发挥着关键作用，将光信号转化为电信号，再经由视神经传递至大脑枕叶，最终形成视觉。其典型特征如下：

可调节屈光系统：晶状体能够变形，以此实现焦距调节。

双通道感光：视杆细胞负责感知明暗，视锥细胞则用于识别颜色。

立体视觉：依赖双眼信号的融合。

（二）工业视觉系统

工业视觉系统是基于图像识别技术的自动化检测系统，由光源、镜头、相机以及图像处理单元共同组成，广泛应用于产品质量检测、精密装配等场景。其关键技术包括：

CCD/CMOS 图像采集：高效获取图像信息。

灰度校正与噪声过滤：提升图像质量。

亚毫米级缺陷识别：例如，电池模组间隙检测精度可达 0.248mm ，确保检测的高精度。

（三）机器视觉系统

机器视觉系统属于人工智能分支，借助算法实现图像特征提取与决策。典型架构涵盖图像捕捉、处理模块以及执行控制模块。其应用场景极为广泛，包括：

工业自动化：如焊缝定位、LOGO 套印控制等。

生物识别：像人脸 / 指纹识别技术。

智能监控系统：保障安全监控。

二、视觉系统的构建

视觉系统的构建涉及硬件配置、算法设计以及应用场景适配等多个重要维度，以下为关键步骤和技术要点。

（一）硬件组件设计

图像传感器选择

分辨率：需与目标检测精度相匹配，防止过度配置增加成本。

动态范围：影响对明暗细节的捕捉能力，例如安森美传感器在低光环境下表现出色。

快门类型：全局快门可消除运动模糊，卷帘快门则成本更低。

光学系统配置

镜头匹配：镜头要与传感器光学格式适配，保证全像素覆盖。

照明系统：多方向照明系统（如 LumiTrax™）能够分离形状 / 纹理信息，提升缺陷检测的稳定性。

（二）软件处理流程

图像采集与预处理

信号转换：通过图像采集卡实现信号转换，并控制曝光 / 快门参数。

降噪处理：降噪算法需在数据完整性与特征保留之间寻求平衡。

核心算法开发

瑕疵模式检测：以像素段为单位进行处理，可提升效率。

鲁棒性特征提取：针对类内变化（如物体姿态差异），需设计相应的鲁棒性特征提取方法。

（三）系统集成与优化

工业机器人视觉系统需要摄像头、灯光、传感器、PC 平台以及检测软件协同工作。通过数字 I/O 接口，实现与生产流程的联动控制。超高速相机配合多角度照明，可有效解决传统图像获取难题。

（四）常见问题解决方案

视觉系统的设计需依据具体应用场景，在性能与成本之间进行权衡。例如，工业检测更强调实时性，而医疗影像则对精度要求更高。建议通过原型测试，逐步优化参数配置。

三、视觉系统的应用案例

视觉系统在多个领域展现出强大的应用价值，以下为几个典型案例。

公路安全监测：广东省梅州市蕉岭县部署黑光球机、智能抓拍机等物联设备，结合海康威视视觉大模型，能够实时检测公路抛洒物（如碎石、碎沙），5 秒内即可识别隐患并触发闭环管理流程。该系统还整合位移观测球、水位观测球等设备，对 208 公里国省道进行全面监测。

工业质检：机器视觉在制药行业用于胶囊缺陷检测，通过 CCD 传感器捕捉图像，结合算法识别漏粉、磨损、变形等问题，检测效率可达人工的 10 倍以上。类似技术也应用于铝箔包装药片数量与颜色的自动化校验。

高端家庭影院：长沙某别墅采用 EPSON 旗舰 4K 激光投影机 CH - QL7000，以 10.6 米投距实现 330 英寸巨幕，亮度达 10000 流明，为用户提供媲美商业影院的视觉体验，显著提升画面色彩与细节表现力。

跨行业通用场景：计算机视觉在物流、农业等领域广泛应用，如自动化分类（水果分级、药丸分拣）、预测性维护（设备锈蚀检测）及缺陷识别（航空部件表面瑕疵）等。其具备非接触检测、高精度及 24 小时不间断运行等核心优势。

四、FAQ 问答

视觉系统的主要类型有哪些？

视觉系统主要分为生物视觉系统、工业视觉系统和机器视觉系统。生物视觉系统如人类视觉系统，由眼球、视神经及大脑视觉中枢构成；工业视觉系统基于图像识别技术，用于产品检测等；机器视觉系统是人工智能分支，通过算法处理图像。

构建视觉系统时硬件组件设计要注意什么？

图像传感器选择方面，分辨率要匹配检测精度，关注动态范围和快门类型。光学系统配置上，镜头需与传感器格式匹配，可采用多方向照明系统提升检测稳定性。

视觉系统在公路安全监测中有什么应用？

像广东省梅州市蕉岭县，部署相关物联设备结合视觉大模型，能实时检测公路抛洒物，5 秒内识别隐患并触发闭环管理，还可整合多种设备对国省道进行全面监测。