機(jī)器視覺介紹

機(jī)器視覺技術(shù)

MachineVision1主講人：電話：郵箱：2引言機(jī)器視覺介紹自動(dòng)化設(shè)備汽車工業(yè)消費(fèi)品電子產(chǎn)品食品飲料/包裝醫(yī)藥行業(yè)……機(jī)器視覺處理速度快檢測精度高非接觸測量1工業(yè)相機(jī)-概述3工業(yè)相機(jī)用于獲取圖像傳感器選擇傳感器結(jié)構(gòu)輸出信號(hào)CCDCMOS面陣相機(jī)線陣相機(jī)數(shù)字相機(jī)模擬相機(jī)圖像黑白相機(jī)彩色相機(jī)1.1工業(yè)相機(jī)-接口/輸出方式USB(USB2.0/USB3.0)IEEE1394（Firewire）GigECameraLink模擬信號(hào)（BNC、S端子）：需要圖像采集卡(PAL、NTSC等)。1.1工業(yè)相機(jī)-接口USBIEEE1394GigECameraLink特點(diǎn)易用，價(jià)格低標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，易用，價(jià)格低，CPU占用最低標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，易用，價(jià)格低，傳輸距離遠(yuǎn)帶寬高，抗干擾能力強(qiáng)，需采集卡速率/距離38MB/S，5M32-64MB/S10M100MB/S

100M680MB/S，10M相機(jī)個(gè)數(shù)12763無限制1PAL25幀/秒，625線/場720X576NTSC30幀/秒，525線/場720X4801.1工業(yè)相機(jī)-接口1.2工業(yè)相機(jī)-CCD/CMOSCCDCMOSCCD：感光元件將光強(qiáng)轉(zhuǎn)為電荷，形成電荷包，在后驅(qū)脈沖作用下轉(zhuǎn)移、放大輸出圖像信號(hào)。CMOS：將光敏感陣列、圖像信號(hào)放大器、信號(hào)讀取電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、控制器集成在一塊芯片上，還具有局部像素隨機(jī)訪問的優(yōu)點(diǎn)。1.2工業(yè)相機(jī)-CCD/CMOSCCD和CMOS優(yōu)缺點(diǎn)抑噪能力強(qiáng)、靈敏度高、圖像還原度高，低電壓、低功耗高度集成、傳輸速度快、動(dòng)態(tài)AOI、適用高分辨率、高速場合相對于CMOS耗電量大、工藝復(fù)雜、成本高抗干擾能力差，成像還原度差于CCDCCDCMOS1.3工業(yè)相機(jī)-傳感器結(jié)構(gòu)特性面陣相機(jī)感光單元按二維陣列排列每次拍攝對一個(gè)面進(jìn)行曝光成像傳感器的結(jié)構(gòu)特性線陣相機(jī)感光單元排列是一維的每次曝光僅是一條線成像，隨著物體和攝像機(jī)的相對運(yùn)動(dòng)，相機(jī)連續(xù)曝光形成一幅二維圖像，適用于目標(biāo)物體幅面較大或缺陷尺寸微小的場合1.4工業(yè)相機(jī)-分辨率和尺寸傳感器傳感器尺寸水平分辨率垂直分辨率尺寸通常以有效面積或?qū)蔷€尺寸（英寸）表示1相機(jī)分辨率=水平分辨率X垂直分辨率111.4工業(yè)相機(jī)-分辨率和尺寸對角線1〞2/3〞1/1.8〞1/2〞1/2.7〞1/3〞1/4〞有效面積12.8×9.68.8×6.67.18×5.326.4×4.85.27×3.964.8×3.63.6×2.7分辨率659×494782×5821034×7791392×10401628×1236

很顯然，單個(gè)像素面積越小，單位面積內(nèi)的像素?cái)?shù)量就越多，攝像機(jī)的分辨率就越高，但是，隨著像素面積的縮小，每個(gè)像素能夠儲(chǔ)存的電荷數(shù)量也隨之減少，造成相機(jī)動(dòng)態(tài)范圍和感光度降低。因此，在分辨率允許的情況下，選擇像素尺寸大的相機(jī)會(huì)有較大的動(dòng)態(tài)范圍和較高的感光度，但是隨之而來產(chǎn)生的噪聲也會(huì)加大。1.5工業(yè)相機(jī)-像素時(shí)鐘/最大行頻/最大幀率像素時(shí)鐘：CCD中像素輸出的節(jié)拍；最大行頻：線陣相機(jī)每秒鐘能夠輸出的最大行數(shù)；最大幀率：面陣相機(jī)每秒鐘能夠采集并輸出的最大幀數(shù)；像素時(shí)鐘越高最大行頻或者幀率越高，但是噪聲也會(huì)加大，影響低照度環(huán)境下的性能2如何選擇合適的工業(yè)相機(jī)

選擇品牌幀率的選擇分辨率的選擇接口的選擇黑白？彩色？面陣？線陣？CCD？CMOS？相機(jī)水平分辨率=拍攝視野水平尺寸/檢測精度相機(jī)垂直分辨率=拍攝視野垂直尺寸/檢測精度一般來講，分辨率越高幀率越小3鏡頭基礎(chǔ)知識(shí)及選型鏡頭的作用：集聚光線，使成像單元能獲取清晰的影像結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生銳利的圖像。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要是光圈調(diào)節(jié)環(huán)和調(diào)焦環(huán)，接口主要由常見的C口、CS口。3.1鏡頭相關(guān)參數(shù)焦距物距（工作距離）視野（視場范圍）視場角相對孔徑光圈數(shù)3.2鏡頭焦距焦距：鏡頭光學(xué)后主點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離。由上圖可以看出焦距越長成像也就越大。常用的工業(yè)鏡頭：5mm，8mm，12mm，25mm，35mm，

50mm，75mm等等。3.3光圈光圈：鏡頭中可以改變中間孔大小的機(jī)械裝置。圖像的成像照度與光圈的直徑D的平方成正比，于鏡頭的焦距成反比，D/f被稱為鏡頭的相對通光孔徑，他的倒數(shù)f/D就被成為光圈數(shù)，也叫F數(shù)，如果鏡頭的相對孔徑是1:2，那么他的光圈就是F2.0；相對孔徑越小，則光圈數(shù)越大，在單位時(shí)間內(nèi)的通光量也越大。3.4景深當(dāng)鏡頭聚集于被測物表面時(shí)，同一表面上的都能在CCD上清晰成像，這一表面前后一定范圍內(nèi)的景物也能清晰的成像，這個(gè)縱深范圍就被稱為景深。拍攝距離越遠(yuǎn)，景深越大，焦距越長，景深越小，光圈越大，景深越小。3.5視場角當(dāng)f一定時(shí)，市場角越大成像也就越大，當(dāng)d一定時(shí)，焦距越長，視場角就越少。3.6工作波長光學(xué)鏡頭都是針對一定波長范圍內(nèi)的光波工作，自物面發(fā)出的光波，在此波長范圍內(nèi)的，能夠通過鏡頭在像面上成一清晰像，而且能量衰減較小；而在此范圍外的光波，則難以校正像差，成像質(zhì)量差，分辨率低，而且能量衰減很大，甚至被光學(xué)介質(zhì)材料所吸收，完全不能通過鏡頭。

3.6分辨率定義：鏡頭在單位毫米內(nèi)能夠分辨開的黑白相同的條紋對數(shù)。分辨率為1/2d，單位為lp/mm(線對/毫米)理想鏡頭的分辨率完全由相對孔徑所決定，相對孔徑越大，F(xiàn)越小，分辨率就越高。

3.7鏡頭產(chǎn)生的畸變鏡頭一般用于聚集光線，讓足夠多的光線能夠收斂聚焦到投影點(diǎn)上，這就必須使用大面積且彎曲的透鏡，透鏡可以聚集足夠多的光線到某一點(diǎn)上，使圖像的生成更加迅速，但是其代價(jià)就是引入畸變。解決辦法：1、采用攝像機(jī)標(biāo)定；

2、采用遠(yuǎn)心鏡頭；3.8如何選擇合適的鏡頭

遠(yuǎn)心鏡頭接口（C/CS）有時(shí)需要轉(zhuǎn)接環(huán)焦距的選擇4照明系統(tǒng)作用：以合適的方式將光線投射到被測物上，突出待測特征部分的對比度。性能白熾燈氙燈LED光源壽命（kh）5-7約1-360-100響應(yīng)速度慢慢快亮度較亮亮可調(diào)特性發(fā)熱嚴(yán)重、壽命短、易老化、能量轉(zhuǎn)換率低價(jià)格便宜、照明面積大、光譜分布不均勻、壽命短壽命長、相應(yīng)速度快、幾乎無老化、功耗小、發(fā)熱小4.1照明方式4.2照明方式4.3照明方式作用：去除照明產(chǎn)生的泛光4.4照明方式光線控制薄膜：將散射光轉(zhuǎn)為平行光。條形光：常用語45度角正向照明，是一種尺寸檢測，外觀檢測經(jīng)常用的一種照明方式4.5條形光4.6同軸光同軸光：照明更加均勻，提高機(jī)器視覺檢測的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性。4.7環(huán)形LED光源環(huán)形光：直接照射，是一種低成本，易于集成的解決方案。4.8背光源背光源：均勻度高，厚度較薄，完美呈現(xiàn)被測物的輪廓。4.9線性光源線性光源：高亮度線掃描光源，用于線陣相機(jī)項(xiàng)目。4.10電源/控制器電源：提供光源電源，提供