工業(yè)視覺入門培訓(xùn)演示文稿

1、工業(yè)視覺入門培訓(xùn)演示文稿第一頁，共三十八頁。優(yōu)選工業(yè)視覺入門培訓(xùn)第二頁，共三十八頁。1、工業(yè)光源光源簡述機(jī)器視覺系統(tǒng)工作的基本程序：取像 = 分析 = 結(jié)果輸出光源：為確保視覺系統(tǒng)正常取像獲得足夠光信息而提供照明的裝置光源的目的是將待測區(qū)域與背景明顯區(qū)分開將運(yùn)動(dòng)目標(biāo)“凝固”在圖像上增強(qiáng)待測目標(biāo)邊緣清晰度消除陰影抵消噪光光源是一個(gè)視覺應(yīng)用開始工作的第一步適合的光源可以提高系統(tǒng)檢測精度、運(yùn)行速度及工作效率第三頁，共三十八頁。CCTV鏡頭專業(yè)攝影鏡頭遠(yuǎn)心鏡頭2、工業(yè)鏡頭第四頁，共三十八頁。CCTV鏡頭專業(yè)攝影鏡頭遠(yuǎn)心鏡頭價(jià)格低中高分辨率低（20L/MM）中（4080L/MM）高畸變高中低焦距選擇范圍

2、廣泛25MM/75MM/50MM廣泛25MM/75MM/50MM狹窄使用靈活性高中低適合應(yīng)用低精度測量/簡單檢測標(biāo)準(zhǔn)精度測量/定位高精度測量/縱深測量2、工業(yè)鏡頭鏡頭種類第五頁，共三十八頁。成象面工作距離（WD）景深（DOV）視野（FOV）后焦面距離2、工業(yè)鏡頭基本概念第六頁，共三十八頁。2、工業(yè)鏡頭基本概念視野 (FOV) 圖像采集設(shè)備所能夠覆蓋的范圍，它可以是在監(jiān)視器上可以見到的范圍，也可以使設(shè)備所輸出的數(shù)字圖像所能覆蓋的最大范圍。最大/最小工作距離（Work Distance）從物鏡到被檢測物體的距離的范圍，小于最小工作距離大于最大工作距離系統(tǒng)均不能正確成像。景深（Depth Of Fi

3、eld）在某個(gè)調(diào)焦位置上，景深內(nèi)的物體都可以清晰成像。第七頁，共三十八頁。2、工業(yè)鏡頭基本概念畸變 幾何畸變指的是由于鏡頭方面的原因?qū)е碌膱D像范圍內(nèi)不同位置上的放大率存在的差異。幾何畸變主要包括徑向畸變和切向畸變。如枕形或桶形失真。第八頁，共三十八頁。2、工業(yè)鏡頭基本概念鏡頭接口C-MOUNT鏡頭的標(biāo)準(zhǔn)接口之一，鏡頭的接口螺紋參數(shù)：直徑：1“螺距：32牙CSMount是CMount的一個(gè)變種，區(qū)別僅僅在于鏡頭定位面到圖像傳感器光敏面的距離的不同，CMount 是17.5mm，CSMount是12.5mm。C/CS能夠匹配的最大的圖像傳感器的尺寸不超過1“。第九頁，共三十八頁。2、工業(yè)鏡頭基本概

4、念成像面 可以在鏡頭的像面上清晰成像的物方平面光圈與F值光圈是一個(gè)用來控制鏡頭通光量裝置，它通常是在鏡頭內(nèi)。表達(dá)光圈大小我們是用F值，如f1.4，f2，f2.8 etc。焦距焦距是像方主面到像方焦點(diǎn)的距離。如16mm， 25mm第十頁，共三十八頁。2、工業(yè)鏡頭基本概念分辨率測量系統(tǒng)能夠重現(xiàn)的最小的細(xì)節(jié)的尺寸常常用每毫米線對來表示，也就是根據(jù)這個(gè)鏡頭能夠分辨一毫米內(nèi)多少對直線。選擇鏡頭的時(shí)候必須注意廠商給出的分辨率的定義方式。lp/mm (line pair per mm) lp/mm是表征分辨率的最簡單的指標(biāo)，但不是最佳指標(biāo)，最佳的指標(biāo)是鏡頭的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF。第十一頁，共三十八頁。2、工業(yè)

5、鏡頭基本概念鏡頭的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF第十二頁，共三十八頁。2、工業(yè)鏡頭基本概念鏡頭的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF第十三頁，共三十八頁。2、工業(yè)鏡頭基本概念鏡頭的調(diào)制傳遞函數(shù)MTFMTF能夠同時(shí)表征系統(tǒng)重現(xiàn)物方空間的幾何和灰度細(xì)節(jié)能力，是衡量成像系統(tǒng)性能的最佳方式。對于一個(gè)實(shí)際的成像系統(tǒng)，細(xì)節(jié)密集地方的對比度要小于細(xì)節(jié)稀疏位置的對比度成像系統(tǒng)中的每個(gè)環(huán)節(jié)都對系統(tǒng)最終的MTF產(chǎn)生影像，包括濾色片，鏡頭，圖像傳感器，后期處理電路等等。第十四頁，共三十八頁。2、工業(yè)鏡頭基本概念系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF第十五頁，共三十八頁。2、工業(yè)鏡頭分類按照等效焦距分為廣角鏡頭 等效焦距小于標(biāo)準(zhǔn)鏡頭（等效焦距為50mm）的鏡頭

6、。特點(diǎn)是最小工作距離短，景深大，視角大。常常表現(xiàn)為桶形畸變。中焦距鏡頭 焦距介于廣角鏡頭和長焦鏡頭之間的鏡頭。通常情況下畸變校正較好。長焦距鏡頭 等效焦距超過200mm的鏡頭。工作距離長，放大比大，畸變常常表現(xiàn)為枕形狀畸變。等效焦距計(jì)算方法： 實(shí)際焦距43mm 鏡頭成像圓的直徑第十六頁，共三十八頁。2、工業(yè)鏡頭分類按照功能分變焦距鏡頭 鏡頭的焦距可以調(diào)節(jié)，鏡頭的視角，視野可變定焦距鏡頭 鏡頭的焦距不能調(diào)節(jié)，鏡頭視角固定。聚焦位置和光圈可以調(diào)節(jié)定光圈鏡頭 光圈不能調(diào)節(jié)，通常情況下聚焦也不能調(diào)節(jié)。第十七頁，共三十八頁。2、工業(yè)鏡頭分類按照用途分微距鏡頭（或者成為顯微鏡頭） 用于拍攝較小的目標(biāo)具有很

7、大的放大比遠(yuǎn)心鏡頭 包括物方遠(yuǎn)心鏡頭和像方遠(yuǎn)心鏡頭以及雙邊遠(yuǎn)心鏡頭。第十八頁，共三十八頁。2、工業(yè)鏡頭參數(shù)之間關(guān)系光圈大通光能力大，光圈小通光能力??；光圈小則景深大，光圈大則景深?。坏谑彭?，共三十八頁。2、工業(yè)鏡頭參數(shù)之間關(guān)系光圈大通光能力大，光圈小通光能力小光圈小則景深大，光圈大則景深小第二十頁，共三十八頁。3、工業(yè)相機(jī)基本概念傳感器的尺寸 圖像傳感器感光區(qū)域的面積大小。這個(gè)尺寸直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的物理放大率。如：1/3“、1/2”等。絕大多數(shù)模擬相機(jī)的傳感器的長寬比例是4：3 (H：V)，數(shù)字相機(jī)的長寬比例則包括多種：1：1，16：9，3：2 etc。第二十一頁，共三十八頁。一、工業(yè)相機(jī)

8、的基本概念（2）物理放大率 傳感器感光面積于視野的比值，整個(gè)參數(shù)基本取決于鏡頭系統(tǒng)放大率 最后顯示環(huán)節(jié)上目標(biāo)的尺寸于實(shí)際目標(biāo)尺寸的比值。系統(tǒng)放大率取決于物理放大率和顯示系統(tǒng)的闡述。對于自動(dòng)測量和檢測系統(tǒng)而言，物理放大率具有關(guān)鍵的意義。系統(tǒng)放大率僅僅對于需要人機(jī)交互進(jìn)行檢測的系統(tǒng)有意義像素（Pixel =picture+element） 傳感器感光面上最小感光單位。第二章 機(jī)器視覺中的圖像采集技術(shù)第二十二頁，共三十八頁。分辨率(Resolution) 模擬制式相機(jī)的分辨率取決于傳感器上像素的數(shù)目以及后期處理電路的質(zhì)量，數(shù)字相機(jī)的傳分辨率則直接取決與傳感器上像素的數(shù)目。48076864048076

9、0574美制 RS 170 Norm歐制 CCIR - Norm3、工業(yè)相機(jī)基本概念第二十三頁，共三十八頁。像素長寬比 指傳感器上像素水平和垂直方向節(jié)距的比值，對于正方形的象素來說，其比值為1：1。此參數(shù)，對于系統(tǒng)的標(biāo)定有直接影響?？扉T速度（Shutter Speed） CCD/CMOS相機(jī)多數(shù)采用電子快門，通過電信號(hào)脈沖的寬度來控制傳感器的光積分（曝光）時(shí)間。對于一般性能的的相機(jī)快門速度可以達(dá)到1/10000-1/100000秒。幀頻率（Frame Rate） 相機(jī)每秒中能夠輸出圖像的幀數(shù)，對于模擬制式相機(jī)，這個(gè)頻率是固定值，對于數(shù)字相機(jī)，是個(gè)可變的值。像素速率（Pixel Rate） 相機(jī)

10、每秒中能夠輸出像素的個(gè)數(shù)，僅僅對于數(shù)字相機(jī)有意義。3、工業(yè)相機(jī)基本概念第二十四頁，共三十八頁。卷簾快門（Rolling Shutter） 多數(shù)CMOS圖像傳感器上使用的快門，其特征是逐行曝光，每一行的曝光時(shí)間不一致。全局快門（Global Shutter） CCD傳感器和極少數(shù)CMOS傳感器采用的快門，傳感器上所有像素同時(shí)刻曝光。3、工業(yè)相機(jī)基本概念第二十五頁，共三十八頁。相機(jī)掃描方式隔行掃描（ Interlace ）352463、工業(yè)相機(jī)基本概念第二十六頁，共三十八頁。3、工業(yè)相機(jī)基本概念相機(jī)掃描方式 逐行掃描（ Progressive scan ）35241第二十七頁，共三十八頁。3、工業(yè)

11、相機(jī)基本概念異步觸發(fā) 通常情況下相機(jī)是一幀一幀拍攝的，所以進(jìn)行高速拍攝的時(shí)候最高的同步精度不可能超過一幀圖像的周期，對于某些支持異步觸發(fā)的相機(jī)，可以在當(dāng)前幀掃描尚未完成的情況下，將當(dāng)前幀拋棄，直接開始新一幀圖像的掃描，可以使得高速拍攝的同步精度達(dá)到一行的掃描周期。最低照度 又稱靈敏度，衡量相機(jī)對光線敏感程度的指標(biāo)。通常情況下是指相機(jī)獲得30最大輸出值時(shí)候所需的照度。單位是Lux。局部掃描 多數(shù)數(shù)字相機(jī)支持僅僅輸出傳感器上某一部分像素，這些像素位于某個(gè)矩形窗口內(nèi)。通過具備掃描可以獲得更高的楨頻率。第二十八頁，共三十八頁。3、工業(yè)相機(jī)基本概念傳感器的光譜下面是一個(gè)典型的CCD圖像傳感器對于不同光譜

12、的響應(yīng)曲線。第二十九頁，共三十八頁。3、工業(yè)相機(jī)基本概念信號(hào)格式模擬圖像信號(hào)的格式包括：復(fù)合視頻信號(hào)，Y/C分離信號(hào)，RGB分量信號(hào)。絕大多數(shù)周邊設(shè)備都能夠兼容這些信號(hào)格式。通常情況下對于彩色視頻信號(hào)，Y/C分離傳輸?shù)姆绞絻?yōu)于復(fù)合視頻傳輸?shù)姆绞?，RGB分量傳輸?shù)姆绞接謨?yōu)于Y/C分離傳輸方式。 數(shù)字相機(jī)的信號(hào)傳輸格式更為復(fù)雜，目前普遍應(yīng)用的包括： *LVDS *IEEE-1394(Fire Wire) *USB2.0 *CameraLink *Ethernet，包括傳輸未經(jīng)壓縮影像的千兆協(xié)議和傳輸經(jīng)過壓縮影像的百兆協(xié)議。 上述數(shù)字相機(jī)的傳輸方式無論是在機(jī)械上還是在電氣上都是不兼容的。第三十頁，共

13、三十八頁。3、工業(yè)相機(jī)基本結(jié)構(gòu)Digital Image Processing ModuleLens MountIR FilterImage SensorDrive CircuitTransmitting Controller Video SignalChannel to control the camera 第三十一頁，共三十八頁。3、工業(yè)相機(jī)基本結(jié)構(gòu)圖像傳感器（Image sensor）：是一個(gè)由N行及M列感光單元（CCD Pixel）組成的矩陣。CCD的基本工作原理：當(dāng)光子撞擊到硅原子上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生自由電子，再將這些自由電子收集在一起形成信號(hào)。感光單元(CCD Pixcel)工作原理第三十

14、二頁，共三十八頁。3、工業(yè)相機(jī)基本結(jié)構(gòu)CCD的電荷存儲(chǔ)器：能夠存儲(chǔ)一定量的電子。將電子釋放出來之后所形成的電流，便可以量化地代表感光面上某點(diǎn)的明暗信息。CCD成象的“溢出”（Blooming）問題：當(dāng)CCD象素接收到過多的光子，存儲(chǔ)器中所收集的自由電子就會(huì)向周邊的象素“溢出”。致使整個(gè)區(qū)域成象變亮。光子CCD象素自由電子溢出第三十三頁，共三十八頁。3、工業(yè)相機(jī)基本結(jié)構(gòu)相機(jī)拍照時(shí)間示意圖電子快門時(shí)間可由用戶自己設(shè)置。但相機(jī)傳輸速率（Frame rate）是相對固定的。因此，傳輸速率是相機(jī)的成像速度的“瓶頸”。例：電子快門速度可達(dá)1/1000秒，但成像卻只能達(dá)到60幀/秒。電子快門時(shí)間圖像傳輸時(shí)間

15、單幀圖像完整拍照時(shí)間第三十四頁，共三十八頁。按照圖像傳感器區(qū)分CCD相機(jī)：使用CCD感光芯片為圖像傳感器的相機(jī) CMOS相機(jī)：使用CMOS感光芯片為圖像傳感器的相機(jī) 按照輸出圖像顏色區(qū)分：單色相機(jī)：輸出圖像為單色圖像的相機(jī)。 彩色相機(jī)：輸出圖像為彩色圖像的相機(jī)。 3、工業(yè)相機(jī)分類第三十五頁，共三十八頁。按照傳感器類型區(qū)分面掃描相機(jī)傳感器上像素呈面狀分布的相機(jī)，其所成圖像為二維“面”圖像。 線掃描相機(jī)傳感器上呈線狀（一行或三行）分布的相機(jī)，其所成圖像為一維“線”圖像。3、工業(yè)相機(jī)分類第三十六頁，共三十八頁。按輸出信號(hào)區(qū)分 模擬信號(hào)相機(jī)從傳感器中傳出的信號(hào)，被轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)，即普通視頻信號(hào)，后再傳到圖像采集卡中。 數(shù)字信號(hào)相機(jī)信號(hào)自傳感器中的像素輸出后，在相機(jī)內(nèi)部直接數(shù)字化并輸出。3、工業(yè)相機(jī)分類第三十七頁，共三十八頁。3、工業(yè)相機(jī)分類彩色VS黑白 黑白相機(jī)的每個(gè)像素僅僅采集亮度信號(hào)，對于彩色相