機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用（中級） 課件 項目一 機器視覺系統(tǒng)的硬件選型

機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用（中級）任務(wù)1.1相機的選型項目一機器視覺系統(tǒng)的硬件選型任務(wù)1.1相機選型學(xué)習(xí)目標1任務(wù)描述2相關(guān)知識3任務(wù)實施4任務(wù)評價5思考練習(xí)6PARTONE01PART學(xué)習(xí)目標/知識目標了解機器視覺的系統(tǒng)組成。了解相機的類型。了解相機的基本參數(shù)和通信接口類型。技能目標能夠根據(jù)檢測對象的特征，確定相機的類型。能夠根據(jù)檢測精度、視場要求，確定相機分辨率。能夠根據(jù)系統(tǒng)特征，選擇合適的通信接口。學(xué)習(xí)目標素養(yǎng)目標根據(jù)工作崗位職責(zé)，完成小組成員的合理分工。團隊合作中，各成員學(xué)會合理表達自己的觀點。養(yǎng)成安全規(guī)范操作的行為習(xí)慣。PARTTWO02PART任務(wù)描述/任務(wù)描述機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用實訓(xùn)平臺（中級）機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用實訓(xùn)平臺（中級）如圖1-1所示，機器視覺單元的設(shè)計要求如下：傳送帶的寬度為100mm，相機的長邊與傳送帶垂直，短邊與傳送帶平行，相機安裝位置正下方的80mm長的范圍內(nèi)都對物體進行檢測；檢測對象到達檢測區(qū)域之后，傳送帶停止；傳送帶的寬度為100mm；重復(fù)定位精度小于0.1mm。請根據(jù)要求選擇合適的相機。PARTTHREE03PART相關(guān)知識/機器視覺系統(tǒng)機器視覺系統(tǒng)是通過圖像攝取裝置將被拍攝目標轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，得到被拍攝目標的形態(tài)信息，根據(jù)像素分布的亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號，圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，根據(jù)分析的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。簡單的來說，機器視覺系統(tǒng)就是讓機器擁有視覺，可以具有像人一樣進行判斷，具有識別、測量等功能。機器視覺系統(tǒng)的組成機器視覺系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分主要有相機、鏡頭、光源等組成，軟件部分主要是指視覺軟件。機器視覺系統(tǒng)組成相機的功能相機的功能是通過成像傳感器將鏡頭產(chǎn)生的光學(xué)像轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的模擬或數(shù)字信號，并將這些信息由相機與計算機的接口傳送到計算機主機。相機的結(jié)構(gòu)相機主要是由傳感器芯片、防塵片/濾光片、控制與信號轉(zhuǎn)換電路板、光學(xué)接口、數(shù)據(jù)接口以及外殼構(gòu)成。相機的結(jié)構(gòu)相機的分類按芯片技術(shù)分類CCD相機和CMOS相機按輸出圖像信號格式分類模擬相機和數(shù)字相機按像元排列方式分類線陣相機和面陣相機按拍照顏色分類黑白相機和彩色相機相機的基本參數(shù)

（1）圖像傳感器尺寸相機的基本參數(shù)（2）分辨率相機分辨率：相機芯片像元的個數(shù)。線陣相機分辨率特指圖像行的數(shù)目，常見的有1024、2048、4096、8000。面陣相機分辨率以像素總數(shù)或者橫向分辨率乘以縱向分辨率表示：

30萬：640×480130萬：1280×1024200萬：1600×1200500萬：2592×1944

600萬：3072×20481000萬：3840×27482000萬：5496×36722900萬：6576×4384相機的基本參數(shù)（3）像素和像元0102是圖片的基本組成單位，是芯片相對應(yīng)像元產(chǎn)生的圖片灰度信息。像素是芯片的基本組成單位，是實現(xiàn)光電信號轉(zhuǎn)換的基本單元。像元芯片尺寸=分辨率*像元尺寸相機的基本參數(shù)（4）視場和精度視場：相機拍攝到的幅面的實際大小。精度：相機拍攝圖像上一個像素代表的實際尺寸大小。例：用500萬像素相機（分辨率2592×1944）拍攝80mm的視場，則精度=80÷2592=0.031（mm/pixel）相機的基本參數(shù)（5）幀率幀率是用于測量顯示幀數(shù)的量度。所謂的測量單位為每秒顯示幀數(shù)，簡稱：FPS或“赫茲”（Hz）。每秒的幀數(shù)(fps)或者說幀率表示圖形處理器處理圖像時每秒鐘能夠更新的次數(shù)。高的幀率可以得到更流暢、更逼真的動畫。相機的基本參數(shù)（6）曝光時間和曝光方式傳感器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號形成一幀圖像，每個像元接收光信號的過程叫曝光，所花費的時間叫曝光時間，也叫快門速度。曝光方式分為卷簾曝光和全局曝光。相機芯片逐行陸續(xù)曝光。卷簾曝光相機芯片全部像元同時曝光。全局曝光相機的接口USB接口IEEE1394GigE（千兆網(wǎng)）CameraLink常見的數(shù)據(jù)接口有：GIGE、Cameralink、IEEE1394、USB、CameralinkHS等。光學(xué)接口有C、CS、F等。相機的選型方法02估算視場計算分辨率確定曝光方式確定幀率確定接口確定相機型號0304050607確定相機類型01PARTFOUR04PART任務(wù)實施/確定相機的參數(shù)步驟1：確定相機的類型。（2）確定相機是選擇黑白相機還是彩色相機（1）確定相機是選擇面陣相機還是線陣相機。面陣相機選擇彩色相機。確定相機的參數(shù)步驟2：確定視場。

檢測區(qū)域檢測區(qū)域確定相機的參數(shù)步驟3：相機分辨率確定。

確定相機的參數(shù)步驟4：確定相機快門類型。拍照方式是靜止拍照，故選用Rolling類型的相機。步驟5：確定相機接口類型。機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用實訓(xùn)平臺（中級）不需要與其他設(shè)備進行通信，只是內(nèi)部視覺單元與機器人單元的通信，通信距離較短，對傳輸速度要求不高，因此選擇選擇USB接口的相機。確定相機的型號步驟1：確定相機品牌。?？凳菄鴥?nèi)工業(yè)相機的龍頭企業(yè)，并且是越疆長期的合作伙伴，因此選擇海康品牌。步驟2：根據(jù)?？颠x型手冊，進行參數(shù)匹配，確定相機型號是MV-CE050-30UC。產(chǎn)品型號傳感器型號傳感器類型靶面尺寸像元尺寸快門類型分辨率最大幀率接口黑白彩色MV-CE060-30UCAR0521CMOS2.2μmRolling2592×194444.7fpsUSB3.0√相機參數(shù)PARTFIVE05PART任務(wù)評價/任務(wù)評價類別考核內(nèi)容分值評價分數(shù)自評互評師評理論了解機器視覺系統(tǒng)的定義及組成5

了解相機的類型

10

了解相機的基本參數(shù)和通信接口類型

15技能據(jù)檢測要求，確定相機類型

10

能夠根據(jù)檢測精度、視場要求，確定相機分辨率

20能夠根據(jù)檢測速率要求，確定相機的幀率

20會根據(jù)選型手冊，確定相機的型號

10素養(yǎng)遵守操作規(guī)程，養(yǎng)成嚴謹科學(xué)的工作態(tài)度2

根據(jù)工作崗位職責(zé)，完成小組成員的合理分工2

團隊合作中，各成員學(xué)會合理表達自己的觀點2

嚴格執(zhí)行6S現(xiàn)場管理2

養(yǎng)成總結(jié)訓(xùn)練過程和結(jié)果的習(xí)慣，為下次訓(xùn)練總結(jié)經(jīng)驗2

PARTSIX06PART思考練習(xí)/思考練習(xí)1、什么是機器視覺系統(tǒng)？2、相機的基本參數(shù)有那些？3、相機常見的數(shù)據(jù)接口有哪些？THANKYOU!深圳市越疆科技公司機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用（中級）機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用（中級）任務(wù)1.1相機的選型項目一機器視覺系統(tǒng)的硬件選型任務(wù)1.2鏡頭選型學(xué)習(xí)目標1任務(wù)描述2相關(guān)知識3任務(wù)實施4任務(wù)評價5思考練習(xí)6PARTONE01PART學(xué)習(xí)目標/知識目標了解鏡頭的功能、結(jié)構(gòu)以及成像原理。了解鏡頭的類型。了解鏡頭的基本參數(shù)以及各參數(shù)的相互影響關(guān)系。技能目標能夠根據(jù)檢測對象的特征，確定鏡頭的類型。夠根據(jù)工作距離和相機分辨率，計算鏡頭的焦距。能夠根據(jù)選型手冊，確定鏡頭的型號。學(xué)習(xí)目標素養(yǎng)目標根據(jù)工作崗位職責(zé)，完成小組成員的合理分工。團隊合作中，各成員學(xué)會合理表達自己的觀點。養(yǎng)成安全規(guī)范操作的行為習(xí)慣。PARTTWO02PART任務(wù)描述/任務(wù)描述機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用實訓(xùn)平臺（中級）機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用實訓(xùn)平臺（中級）的工作距離范圍為400~600mm，設(shè)備要有一定的可拓展性。請選擇合適的鏡頭。PARTTHREE03PART相關(guān)知識/鏡頭的功能和結(jié)構(gòu)鏡頭是由一些光學(xué)零件按照一定的方式組合而成的。常見的光學(xué)零件有透鏡、反射鏡、棱鏡等。定焦鏡頭鏡頭上有對焦環(huán)和可變光圈兩個環(huán)，為了防止誤碰動，工業(yè)鏡頭的兩個環(huán)都有鎖定螺絲?？勺児馊弓h(huán)鏡頭的成像原理成像原理鏡頭的分類按照放大倍數(shù)分類：可以分為定倍鏡頭和變倍鏡頭。按照變焦與否分為：定焦鏡頭、變焦鏡頭。特殊用途的鏡頭：顯微鏡頭、微距鏡頭、遠心鏡頭。鏡頭的基本參數(shù)（1）工作距離工作距離：目標和鏡頭之間的距離。實際使用時要注意的是，一個鏡頭不能對任意物距下的目標都清晰成像，所以鏡頭的工作距離是個有限的范圍。鏡頭的基本參數(shù)（2）最大兼容CCD尺寸

所有鏡頭都只能在一定的范圍內(nèi)清晰成像，最大兼容CCD尺寸指鏡頭能支持的最大清晰成像的范圍。在實際選擇相機和鏡頭時，要注意所選擇的鏡頭的最大兼容CCD尺寸要大于或等于所選擇的相機芯片的尺寸。鏡頭成像區(qū)域可兼容最大芯片相機芯片

1鏡頭最大兼容CCD尺寸≥相機芯片尺寸鏡頭成像區(qū)域芯片太大引起的無效區(qū)域鏡頭的基本參數(shù)（3）焦距

(對角

水平

垂直)視場角鏡頭焦距是指鏡頭光學(xué)后主點到焦點的距離，是鏡頭的重要性能指標。鏡頭焦距的長短決定著拍攝的工作距離、成像大小、視場角大小及景深大小。鏡頭的基本參數(shù)（4）視場與視場角視場角：在光學(xué)工程中，視場角是指鏡頭對圖像傳感器的張角，即若y'為Sensor的半對角線長度，則視場角2θ≈2*arctan(y'/f')

視野(FieldofView,FoV)，也叫視場范圍，是指鏡頭能觀測到的實際范圍。鏡頭的視野大小和相機的分辨率，決定視覺系統(tǒng)所能達到的視覺檢測精度。視場與視場角鏡頭的基本參數(shù)（5）光圈/相對孔徑

光圈鏡頭的基本參數(shù)（5）光圈/相對孔徑光圈大小對圖片亮度的影響：通過調(diào)節(jié)鏡頭的光圈大小，可以控制鏡頭的入光量，圖像的亮度也隨之而變化。光圈在較小的情況下，圖片亮度相對較暗，工件和背景的對比度相對較低。光圈在居中的情況下，圖片亮度相對一般，工件和背景的對比度一般。光圈在較大的情況下，圖片亮度相對較亮，工件和背景的對比度相對較高。光圈光圈鏡頭的基本參數(shù)（6）景深在聚焦完成后，在焦點前后的范圍內(nèi)都能形成清晰的像，這一前一后的距離范圍，叫做景深。景深鏡頭的基本參數(shù)（6）景深圖片顯示了對于同一物體，不同成像系統(tǒng)的景深大小不同，從左向右，景深一次增加。影響景深的因素：光圈越小，景深越大；焦距越小，景深越大；工作距離越遠，景深越大。鏡頭的基本參數(shù)

物距像距透鏡的物方主點到物平面的距離，稱為物距。透鏡的像方主點到像平面的距離，稱為相距。

物距與像距鏡頭的基本參數(shù)（8）失真失真又稱畸變，是指被攝物平面內(nèi)的主軸外直線，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像后變?yōu)榍€，因此光學(xué)系統(tǒng)的成像誤差稱為畸變?；兿癫钪挥绊懹跋竦膸缀涡螤睿挥绊懬逦?。桶形畸變枕形畸變正常鏡頭的基本參數(shù)（6）接口鏡頭需要與相機進行配合才能使用，它們兩者之間的連接方式通常稱為接口。為提高各生產(chǎn)廠家鏡頭之間的通用性好規(guī)范性，業(yè)內(nèi)形成了數(shù)種常用的固定接口，例如C接口、CS接口、F接口、V接口、T2接口、徠卡接口、M42接口、M50接口等。C接口鏡頭的各參數(shù)間相互影響關(guān)系焦距大小的影響光圈大小的影響像場中央與邊緣光波長度的影響焦距越小，景深越大；焦距越小，畸變越大；焦距越小，漸暈現(xiàn)象越嚴重，使像差邊緣的照度降低。光圈越大，圖像亮度越高；光圈越大，景深越??；光圈越大，分辨率越高。一般情況下圖像中心比邊緣成像質(zhì)量好；圖像中心比邊緣光場照度高。在相同的相機及鏡頭參數(shù)條件下，照明光源的光波波長越短，得到的圖像的分辨力越高。所以在需要精密尺寸及位置測量的視覺系統(tǒng)中，盡量采用短波長的單色光作為照明光源，對提高系統(tǒng)精度有很大的作用。鏡頭選型思路鏡頭選型思路PARTFOUR04PART任務(wù)實施/確定鏡頭的參數(shù)步驟1：選擇鏡頭類型。無特殊需求，同一工作距離下可能需要改變放大倍率，故選擇定焦鏡頭。定焦鏡頭確定相機的參數(shù)步驟2：計算焦距

確定相機的參數(shù)步驟3：確定靶面尺寸。

鏡頭成像區(qū)域可兼容最大芯片相機芯片

1鏡頭最大兼容CCD尺寸≥相機芯片尺寸靶面尺寸選擇原則確定鏡頭的型號步驟1：確定鏡頭品牌。因相機選擇的是?？档南鄼C，因此鏡頭也選擇?？档?。步驟2：根據(jù)海康選型手冊，進行參數(shù)匹配，確定鏡頭型號為MVL-HF1228M-6MPE。型號靶面尺寸焦距（mm）畸變視場角最近攝距（m）濾鏡螺紋DHVMVL-HF1228M-6MPE12-0.01%40.6°34.2°23.2°0.1M37.5*0.5鏡頭參數(shù)PARTFIVE05PART任務(wù)評價/任務(wù)評價類別考核內(nèi)容分值評價分數(shù)自評互評師評理論了解鏡頭的功能、結(jié)構(gòu)以及成像原理5

了解鏡頭的類型

10

了解鏡頭的基本參數(shù)以及各參數(shù)的相互影響關(guān)系

15技能會根據(jù)系統(tǒng)要求，確定鏡頭的類型

10

會根據(jù)相機分辨率和視野的大小，計算焦距

20會根據(jù)相機CCD尺寸的大小，確定鏡頭的CCD尺寸

20會根據(jù)選型手冊，確定鏡頭的型號

10素養(yǎng)遵守操作規(guī)程，養(yǎng)成嚴謹科學(xué)的工作態(tài)度2

根據(jù)工作崗位職責(zé)，完成小組成員的合理分工2

團隊合作中，各成員學(xué)會合理表達自己的觀點2

嚴格執(zhí)行6S現(xiàn)場管理2

養(yǎng)成總結(jié)訓(xùn)練過程和結(jié)果的習(xí)慣，為下次訓(xùn)練總結(jié)經(jīng)驗2

PARTSIX06PART思考練習(xí)/思考練習(xí)1、根據(jù)焦距是否可調(diào)節(jié)，鏡頭可以分為

和

。2、鏡頭的參數(shù)有那些？3、

決定著拍攝的工作距離、成像大小、視場角大小及景深大小。4、鏡頭常見的接口有哪些？

THANKYOU!深圳市越疆科技公司機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用（中級）機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用（中級）任務(wù)1.1相機的選型項目一機器視覺系統(tǒng)的硬件選型任務(wù)1.3光源選型學(xué)習(xí)目標1任務(wù)描述2相關(guān)知識3任務(wù)實施4任務(wù)評價5思考練習(xí)6PARTONE01PART學(xué)習(xí)目標/知識目標了解光源的作用。了解打光方式。了解常見LED光源及其應(yīng)用。技能目標根據(jù)檢測對象的特征選擇不同的光源顏色。能夠根據(jù)待檢對象和檢測區(qū)域大小，確定光源的尺寸、角度、功率。學(xué)習(xí)目標素養(yǎng)目標根據(jù)工作崗位職責(zé)，完成小組成員的合理分工。團隊合作中，各成員學(xué)會合理表達自己的觀點。養(yǎng)成安全規(guī)范操作的行為習(xí)慣。PARTTWO02PART任務(wù)描述/任務(wù)描述機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用實訓(xùn)平臺（中級）機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用實訓(xùn)平臺（中級）要求能夠?qū)Χ喾N對象進行檢測，請選擇合適的光源。PARTTHREE03PART相關(guān)知識/光源的作用凸顯出缺陷和背景的差異，提高圖像對比度；形成最有利于圖像處理的成像效果；照明目標，提高目標亮度，克服環(huán)境光干擾，保證圖像的穩(wěn)定性。在機器視覺系統(tǒng)中，光源的作用至少有以下幾種：打光方式高角度打光低角度打光背部打光CCDCCDCCD選型技巧（1）顏色的疊加藍色紅色深色綠色紅色深色互補色：色環(huán)中對稱顏色疊加在黑白相機下呈現(xiàn)深色。鄰色：色環(huán)中相鄰或同種顏色疊加在黑白相機下呈現(xiàn)淺色。藍色藍色淺色藍色綠色淺色紅色紅色淺色綠色綠色淺色選型技巧紅外光波長長，穿透性強的特性；紫外光波長短，擴散率高以及激發(fā)熒光的特性。例：紅外光可過濾產(chǎn)品表面有機涂料干擾，檢測表面劃痕。紫外光波長短，擴散率高以及激發(fā)熒光的特性。例：紫外光擴散率較高，適用于透明物體表面Mark點定位。（2）使用波長的特性選型技巧（3）不同材質(zhì)金屬對不同波段的光源反射率不同。銅和金對于波長短的光源，反光較弱。藍色光源能夠更好的打出銅、金、鋁之間的差異。金屬表面的分光反射率常見的LED光源（1）條形光源條形光源也叫條形燈是一種從側(cè)面打光的照明光源，常用的角度是45度，也有更小的角度。側(cè)光燈可以避免正面照射產(chǎn)生的強烈反光，同時還可以對邊緣部分實現(xiàn)高亮的照明，在尺寸檢測、外觀檢測方面應(yīng)用比較廣泛。條形光源的典型應(yīng)用：包裝文字檢測紙張質(zhì)量檢測制造物裂紋的檢測電子部件的形狀識別和大小的檢測條形光源常見的LED光源（2）環(huán)形光源直接照射環(huán)形光源，適合不反光物體的檢測，主要用于擴散表面的照明。環(huán)形光源的典型應(yīng)用：檢測BGA、QFP位置檢測集成電路撩帶檢測集成電路的管教字符檢測金屬表面劃傷檢測環(huán)形光源常見的LED光源（3）同軸光源同軸光源為平板鏡面表面提供漫射均勻照明，利用同軸光源方法，垂直于照相機的鏡面表變得光亮，而標記或雕刻的區(qū)域因吸收光線而變暗。同軸光源的典型應(yīng)用：金屬、玻璃等具有光澤的物體表面的缺陷檢測線路板焊點、符號等的檢測檢測集成電路的管腳字符芯片和硅晶片的破損檢測同軸光源常見的LED光源（4）穹頂光源穹頂光源是一款用于擴散、均勻照明的光源，光源的大張角可以幫助彎曲、光亮和不平表面成像。穹頂光源通過半球型的內(nèi)壁多次反射，可以完全消除陰影。穹頂光源的典型應(yīng)用：曲面形狀的缺陷檢測不平坦的光滑表面字符的檢測金屬或鏡面的表面檢測穹頂光源常見的LED光源（5）背光源背光源本身均勻性高，同時厚度比較薄，適用于安裝緊湊的位置，可以完美呈現(xiàn)被檢測對象的輪廓缺陷等。背光源的典型應(yīng)用：定位或外形尺寸測量貫穿開口（如鉆孔）測量材料厚度：安裝孔定位降低玻璃或塑料外殼的清晰度背光源常見的LED光源（6）線光源線型光源主要應(yīng)用于亮度較高的線陣項目，配套線陣相機應(yīng)用。線型光源的典型應(yīng)用：檢測印刷品、紡織品及要求比較高的大型工件用于需要長、窄的現(xiàn)場、物體表面反射不強的情況線光源常見的LED光源（7）LED點光源是指以LED作為發(fā)光體的點光源。點光源適用于安裝控件較小的視覺系統(tǒng)，配合顯微鏡使用。點光源的典型應(yīng)用：檢測微小元件。點光源（8）紅外光可過濾產(chǎn)品表面有機涂料干擾，檢測表面劃痕；紅外光穿透深色口服液檢測內(nèi)部雜質(zhì)。紅外光源鏡頭的功能和結(jié)構(gòu)光源控制器的主要作用是給光源供電，控制光源的亮度并控制光源照明狀態(tài)（亮/滅），還可以通過給控制器觸發(fā)信號來實現(xiàn)光源的頻閃，進而大大延長光源的壽命。光源控制器分為模擬控制器和數(shù)字控制器，模擬控制器通過手動調(diào)節(jié)，數(shù)字控制器可以通過電腦或其他設(shè)備遠程控制。光源控制器PARTFOUR04PART任務(wù)實施/確定光源的參數(shù)步驟1：確定光源顏色?？紤]到兼容性，因白色光源對照射對象，紅色、綠色、藍色三種對象的反射光亮度相同，故選用白色光源。步驟2：確定打光方式和光源形狀。實