機(jī)器視覺技術(shù)及應(yīng)用 課件 第三章 機(jī)器視覺硬件系統(tǒng)

機(jī)器視覺硬件系統(tǒng)第三章機(jī)器視覺系統(tǒng)組成機(jī)器視覺系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)主要包括相機(jī)、鏡頭、光源、光源控制器、視覺控制器等。相機(jī)：用于捕獲圖像或視頻。相機(jī)可以是標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)相機(jī)，也可以是專門設(shè)計(jì)的機(jī)器視覺相機(jī)。相機(jī)負(fù)責(zé)將光學(xué)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。鏡頭：鏡頭是安裝在相機(jī)前的光學(xué)元件，用于調(diào)整圖像的焦距、視場(chǎng)和聚焦。鏡頭幫助相機(jī)捕獲清晰的圖像。光源：光源用于提供適當(dāng)?shù)恼彰鳁l件，確保圖像質(zhì)量和目標(biāo)的適當(dāng)可見性。光源可以是白光、紅外線、激光等不同類型的光源。光源控制器：光源控制器用于控制光源的亮度、顏色、閃光模式等參數(shù)。它可以確保在不同應(yīng)用場(chǎng)景下獲得所需的光照條件。視覺控制器：視覺控制器通常是一臺(tái)計(jì)算機(jī)或嵌入式系統(tǒng)，用于處理和分析相機(jī)捕獲的圖像。它負(fù)責(zé)運(yùn)行圖像處理算法、執(zhí)行視覺任務(wù)，并與其他系統(tǒng)進(jìn)行通信和協(xié)調(diào)。這些硬件構(gòu)成了一個(gè)完整的機(jī)器視覺系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用，如目標(biāo)檢測(cè)、測(cè)量、識(shí)別等。第三章機(jī)器視覺硬件系統(tǒng)相機(jī)3.1鏡頭3.2光源33.3光源控制器3.4第三章機(jī)器視覺硬件系統(tǒng)相機(jī)013.1相機(jī)工業(yè)相機(jī)主要由圖像傳感器、內(nèi)部處理電路、數(shù)據(jù)接口、IO接口、光學(xué)接口等幾個(gè)基本模塊組成。工業(yè)相機(jī)的基本原理工業(yè)相機(jī)系統(tǒng)用一個(gè)帶有小孔的板遮擋在屏幕與物之間，屏幕上就會(huì)形成物的倒像，我們把這樣的現(xiàn)象叫小孔成像；前后移動(dòng)中間的板，像的大小也會(huì)隨之發(fā)生變化；光沿直線傳播。物像小孔投影面上的倒影工業(yè)相機(jī)的基本原理工業(yè)相機(jī)系統(tǒng)工業(yè)相機(jī)的基本原理工業(yè)相機(jī)系統(tǒng)人們利用“小孔成像”原理制造各類光學(xué)成像裝置，這種裝置被稱為“Cameraobscura（暗箱）”；Cameraobscura被認(rèn)為是照相機(jī)的祖先，而“Camera”則成了照相機(jī)的英文名稱；照相機(jī)的成像原理即來源于小孔成像，鏡頭是智能化的小孔，通過復(fù)雜的鏡頭組件實(shí)現(xiàn)成像距離。工業(yè)相機(jī)的基本原理相機(jī)鏡頭相機(jī)芯片逐級(jí)放大示意圖防塵片濾光片光學(xué)接口傳感器芯片控制與信號(hào)轉(zhuǎn)換電路數(shù)據(jù)接口像素（光電二極管）工業(yè)相機(jī)的基本原理相機(jī)光信號(hào)采集結(jié)果圖像工業(yè)相機(jī)是通過CCD或CMOS圖像傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行虻碾娦盘?hào)，并將這些信息通過相應(yīng)接口傳送到計(jì)算機(jī)。3.1相機(jī)工業(yè)相機(jī)分類分類1分類2按芯片類型CCD相機(jī)CMOS相機(jī)按掃描方式隔行掃描相機(jī)逐行掃描相機(jī)按傳感器結(jié)構(gòu)特性線陣相機(jī)面陣相機(jī)按輸出圖像顏色單色相機(jī)彩色相機(jī)按輸出信號(hào)模擬相機(jī)數(shù)字相機(jī)工業(yè)相機(jī)按圖像傳感器類型分類優(yōu)點(diǎn)：CCD電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，圖像質(zhì)量好。缺點(diǎn)：制造工藝復(fù)雜，成本高；會(huì)產(chǎn)生高光溢出現(xiàn)象。優(yōu)點(diǎn)：每個(gè)成像單元獨(dú)立，支持并行讀取，速度快；大規(guī)模集成電路，功耗低；制造成本低；缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)電路復(fù)雜，易引入噪聲。3.1相機(jī)CCDCMOS串行處理并行處理光線靈敏度高，圖形對(duì)比度高光線靈敏度低，圖形對(duì)比度低，高動(dòng)態(tài)范圍低噪聲存在固定模式噪聲集成度較低，尺寸較大高集成度，芯片上集成了很多功能，尺寸較小功耗一般功耗較低成本較高成本較低3.1相機(jī)面陣相機(jī)與線陣相機(jī)3.1相機(jī)分類主要區(qū)別線陣相機(jī)芯片為線狀,相機(jī)和物體間要有相對(duì)運(yùn)動(dòng)才能成像,價(jià)格比較高.能夠擁有非常高的行頻與橫向分辨率面陣相機(jī)芯片為面陣,物體靜止或運(yùn)動(dòng)都可成像根據(jù)性能，價(jià)格不一,可以實(shí)時(shí)獲得二維圖像信息，測(cè)量圖像直觀工業(yè)相機(jī)按圖像模式分類2D相機(jī)3D相機(jī)3.1相機(jī)?工業(yè)相機(jī)主要參數(shù)分辨率：由相機(jī)所采用的芯片分辨率決定，是芯片靶面排列的像元數(shù)量。通常面陣相機(jī)的分辨率用水平和垂直分辨率兩個(gè)數(shù)字表示。分辨率越高，成像后的圖像像素?cái)?shù)就越高，圖像就越清晰。例如：一個(gè)相機(jī)的分辨率是1280(H)×1024(V)，表示每行的像元數(shù)量是1280，每列的像元數(shù)量是1024，此相機(jī)的分辨率是130萬像素。常用的工業(yè)面陣相機(jī)分辨率有30萬（640*480）像素，130萬像素，200萬像素，300萬像素，500萬像素等。對(duì)于線陣相機(jī)而言，分辨率就是傳感器水平方向上的像素?cái)?shù)，常見有1K（1024），2K(2048)，4K(4096)等。工業(yè)相機(jī)主要參數(shù)分辨率：由相機(jī)所采用的芯片分辨率決定，是芯片靶面排列的像元數(shù)量。分辨率越高，成像后的圖像像素?cái)?shù)就越高，圖像就越清晰。像素深度：也稱為位深度，是指數(shù)字圖像中每個(gè)像素所能表示的色彩或亮度級(jí)別的數(shù)量。它表示了數(shù)字圖像中每個(gè)像素可以存儲(chǔ)的信息量。像素深度以位（bit）為單位進(jìn)行表示，常見的位深度有8位、10位、12位、16位等。位深度越高，每個(gè)像素所能表示的色彩或亮度級(jí)別就越多，圖像的色彩細(xì)節(jié)和灰度級(jí)別的表現(xiàn)能力也就越豐富。但同時(shí)數(shù)據(jù)量也越大，影響系統(tǒng)的圖像處理速度。例如，8位像素深度可以表示256個(gè)不同的亮度級(jí)別，通常對(duì)應(yīng)于灰度圖像，每個(gè)像素可以表示從0（最暗）到255（最亮）的灰度值。分辨率和像素深度共同決定了圖像的大小。例如對(duì)于像素深度為8bit的500萬像素，則整張圖片應(yīng)該有500萬*8/（1024*1024）≈40M字節(jié)(MB)。3.1相機(jī)?工業(yè)相機(jī)主要參數(shù)工業(yè)相機(jī)主要參數(shù)像元尺寸：也稱為像素尺寸或像元大小，是指數(shù)字圖像中每個(gè)像素在物理空間中所占據(jù)的實(shí)際尺寸。像元尺寸通常用長(zhǎng)度單位表示，表示每個(gè)像素在實(shí)際場(chǎng)景中的寬度和高度。3.1相機(jī)?工業(yè)相機(jī)主要參數(shù)像元尺寸：也稱為像素尺寸或像元大小，是指數(shù)字圖像中每個(gè)像素在物理空間中所占據(jù)的實(shí)際尺寸。像元尺寸通常用長(zhǎng)度單位（如毫米、微米或納米）表示，表示每個(gè)像素在實(shí)際場(chǎng)景中的寬度和高度。像元尺寸是相機(jī)傳感器或圖像采集設(shè)備的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，它決定了相機(jī)在捕獲圖像時(shí)所能細(xì)分的空間精度。較小的像元尺寸可以提供更高的空間分辨率和細(xì)節(jié)捕捉能力，適用于高精度的測(cè)量、顯微鏡圖像等應(yīng)用。然而，較小的像素尺寸通常意味著每個(gè)像素接收的光量更少，這可能導(dǎo)致圖像噪聲的增加和低光條件下的圖像質(zhì)量下降。此外，較小的像素尺寸也可能導(dǎo)致相機(jī)的靈敏度降低。3.1相機(jī)?工業(yè)相機(jī)主要參數(shù)靶面尺寸：是指數(shù)字相機(jī)傳感器的物理尺寸，通常以對(duì)角線長(zhǎng)度來表示。它指的是相機(jī)傳感器上光敏元件（像元）排列的區(qū)域的大小。靶面尺寸是相機(jī)性能的一個(gè)重要參數(shù)，它會(huì)直接影響到相機(jī)的視場(chǎng)角、圖像質(zhì)量和光學(xué)性能。較大的靶面尺寸可以容納更多的像元，提供更大的視場(chǎng)角和更高的分辨率，能夠捕捉到更廣闊的景象和更多的細(xì)節(jié)。靶面尺寸是相機(jī)感光元件所占據(jù)的實(shí)際物理空間的度量，通常用英寸（"）或毫米（mm）表示。工業(yè)相機(jī)主要參數(shù)靶面尺寸：是指相機(jī)感光元件的實(shí)際物理尺寸，通常以對(duì)角線長(zhǎng)度來表示，用英寸或毫米表示。芯片寬度=分辨率寬度*像元尺寸芯片高度=分辨率高度*像元尺寸3.1相機(jī)?工業(yè)相機(jī)主要參數(shù)相機(jī)的靶面尺寸等于像元尺寸乘以相機(jī)分辨率。如某相機(jī)的分辨率為2588*1940的500萬像素，像元大小為2.2um，則其傳感器的尺寸為2588*2.2=5694um=5.694mm，寬方向?yàn)?940*2.2=4268um=4.268mm,對(duì)角線方向?yàn)?.116mm,即為1/2.5''的傳感器。

對(duì)于某相機(jī)說明書上寫1920*1080對(duì)應(yīng)的像元大小為3um，則其傳感器靶面尺寸為橫向1920*3um=5.76mm，縱向1080*3um=3.24mm，對(duì)角線長(zhǎng)度為6.608mm，約為1/2.4''的傳感器。3.1相機(jī)?工業(yè)相機(jī)主要參數(shù)幀率：是指相機(jī)每秒鐘能夠捕捉和輸出的圖像幀數(shù)。它表示相機(jī)的圖像采集速度和輸出速度。幀率越高，相機(jī)可以提供更快的圖像更新速度，從而適用于高速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景或需要實(shí)時(shí)反饋的應(yīng)用。行頻：是指相機(jī)每秒鐘讀取的圖像行數(shù)。對(duì)于某些相機(jī)，特別是線陣相機(jī)，它們是按行順序讀取圖像的。行頻表示相機(jī)每秒鐘能夠讀取的圖像行數(shù)，也可以看作是相機(jī)的圖像采集速度。工業(yè)相機(jī)主要參數(shù)幀數(shù)：是指面陣相機(jī)每秒鐘能夠捕捉和輸出的圖像幀數(shù)。行頻：是指線陣相機(jī)每秒鐘讀取的圖像行數(shù)。工業(yè)相機(jī)主要參數(shù)幀率越高，也就是說每秒能夠拍攝更多圖像，傳輸更高的數(shù)據(jù)量。30fps表示相機(jī)在1秒鐘內(nèi)最多能采集30幀圖像。12kHz表示相機(jī)在1秒鐘內(nèi)最多能采集12000行圖像數(shù)據(jù)。相機(jī)類別面陣相機(jī)線陣相機(jī)單位fpsHz常用幀率5-350fps1k-32kHz幀率（FrameRate）是指相機(jī)采集傳輸圖像的速率，即相機(jī)可在每秒鐘拍攝與傳輸?shù)膱D像數(shù)量。通常一個(gè)系統(tǒng)要根據(jù)被測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)速度和大小、視野范圍、測(cè)量精度計(jì)算得出所需要的相機(jī)幀率。對(duì)于面陣相機(jī)一般稱為幀率，即每秒采集多少幅圖像；對(duì)于線陣相機(jī)為每秒采集的行數(shù)，即行幀。3.1相機(jī)?工業(yè)相機(jī)主要參數(shù)曝光：是指相機(jī)感光元件（例如面陣相機(jī)的傳感器）對(duì)光線的敏感程度或感光元件接收到的光線量。曝光時(shí)間即為像元素感光的時(shí)間，也稱為快門時(shí)間。在相同的外部條件下，曝光時(shí)間越長(zhǎng)，圖像亮度越高，但相應(yīng)的幀率/行頻會(huì)降低。在一些飛拍應(yīng)用中，曝光不夠短會(huì)導(dǎo)致圖像拖影。因此需要工業(yè)相機(jī)具備在極短的曝光時(shí)間內(nèi)成像的特性。常見的電子快門的方式有全局快門和卷簾快門。全局快門：是曝光時(shí)，傳感器上所有像素在同一時(shí)刻開啟曝光并在同一時(shí)刻曝光結(jié)束，將物體某時(shí)刻的狀態(tài)成像，所以適合拍攝高速運(yùn)動(dòng)的物體。卷簾快門：是逐行順序開啟曝光，不同行間曝光的開啟時(shí)刻有個(gè)很小的延遲，所以不適合運(yùn)動(dòng)物體的拍攝。如果相機(jī)的曝光時(shí)間過長(zhǎng)，就會(huì)使速度快的運(yùn)動(dòng)物體變模糊。工業(yè)相機(jī)主要參數(shù)曝光：也稱快門，是指相機(jī)感光元件接收到的光線量。曝光時(shí)間即為像元素感光的時(shí)間。曝光方式全局曝光（GlobalShutter）：整個(gè)芯片同時(shí)曝光（CCD）卷簾曝光（RollingShutter）：逐行滾動(dòng)曝光（CMOS）全局曝光卷簾曝光全局曝光卷簾曝光3.1相機(jī)?工業(yè)相機(jī)主要參數(shù)相機(jī)接口：是指用于連接相機(jī)和其他設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備等）之間的物理連接或通信接口。工業(yè)相機(jī)和主機(jī)之間為了傳輸圖像所建立的一種電氣接口，它直接決定了這款相機(jī)核心的性能指標(biāo)以及它的適用范圍。工業(yè)相機(jī)通常有三個(gè)基礎(chǔ)的接口，鏡頭（光學(xué)）接口、數(shù)據(jù)接口與電源接口3.1相機(jī)?工業(yè)相機(jī)主要參數(shù)GigECameraLinkUSB3.0CoaXPress3.1相機(jī)?工業(yè)相機(jī)主要參數(shù)參數(shù)GigEUSB3.0CameraLinkCoaXPress速度(Mbit/s)10003000640025600(4根)6.25Gbps/根距離(m)100（雙絞線）>100（光纖）5（標(biāo)準(zhǔn)無源電纜）>5（光纖）1045（CXP-6）35（CXP-12）成本低低高高優(yōu)點(diǎn)1.拓展性好2.性價(jià)比高3.可管理維護(hù)性4.廣泛適用性1.支持熱插拔2.使用便捷3.可連接多個(gè)設(shè)備4.相機(jī)可通過線纜供電1.高速率2.抗干擾能力強(qiáng)3.功耗低1.數(shù)據(jù)傳輸量大2.傳輸距離長(zhǎng)3.可選擇傳輸距離和傳輸量4.價(jià)格低廉，易集成5.支持熱插拔3.1相機(jī)?工業(yè)相機(jī)主要參數(shù)光學(xué)接口：工業(yè)相機(jī)與鏡頭之間的接口為光學(xué)接口，一般有C口，CS口，F(xiàn)口，M42口，M12口，M58口，M72口等。3.1相機(jī)光學(xué)接口（LensMount）即鏡頭接口，是指工業(yè)相機(jī)與鏡頭之間的接口，常用的有C型、CS型、F型等。

卡口E卡口工業(yè)相機(jī)光學(xué)接口光學(xué)接口：工業(yè)相機(jī)與鏡頭之間的接口為光學(xué)接口。(a)C接口相機(jī)與C接口鏡頭(b)接口鏡頭與F接口相機(jī)(c)M72接口相機(jī)與M72接口鏡頭3.1相機(jī)?工業(yè)相機(jī)主要參數(shù)C和CS兩種鏡頭接口非常相似，其直徑、螺紋間距都是一樣的，只是法蘭距不同。法蘭距是指機(jī)身上鏡頭卡口平面與機(jī)身曝光窗平面之間的距離，即鏡頭卡口到CCD/CMOS感光元件之間的距離。對(duì)于CS接口的相機(jī)，如果想接入C接口的鏡頭，只需要加一個(gè)CS-C的轉(zhuǎn)接環(huán)就行了（該轉(zhuǎn)接環(huán)的厚度大約是5mm）3.1相機(jī)?工業(yè)相機(jī)主要參數(shù)名稱890萬像素網(wǎng)口面陣相機(jī)，IMX267，黑白MV-CH089-10GM(EoL)性能傳感器類型CMOS，全局快門傳感器型號(hào)IMX267

像元尺寸3.45μm×3.45μm

靶面尺寸1”

分辨率4096×2160

幀率13fps@4096×2160

曝光時(shí)間超小曝光模式：1μs~14μs正常曝光模式：15μs~10sec

快門模式支持自動(dòng)曝光、手動(dòng)曝光、一鍵曝光模式

黑白/彩色黑白

像素格式Mono8/10/10Packed/12/12Packed

電氣特性數(shù)據(jù)接口GigE供電12VDC，支持PoE供電

典型功耗3.5W@12VDC

結(jié)構(gòu)鏡頭接口C-Mount外形尺寸29mm×44mm×59mm工業(yè)相機(jī)選型DC-C108-003G-173GM鏡頭接口：C-C口F-F口分辨率：0.3MP快門方式：G-GlobalShutterR-RollingShutter幀率數(shù)據(jù)接口：GigE接口顏色：M-MonoC-Color電源接口數(shù)據(jù)接口光學(xué)接口德創(chuàng)工業(yè)相機(jī)選型工業(yè)相機(jī)選型的主要步驟（1）確定傳感器類型（2）確定分辨率大?。?）確定幀率/行頻（4）確定工業(yè)相機(jī)產(chǎn)品系列（5）確定特殊需求（6）根據(jù)相機(jī)參數(shù)選擇相關(guān)產(chǎn)品工業(yè)相機(jī)選型本產(chǎn)品是長(zhǎng)邊為75mm的連接器，來料方向基本不變，被測(cè)物為靜態(tài)拍照狀態(tài)；檢測(cè)的PIN針?biāo)趨^(qū)域?yàn)?7mm*8mm；兩PIN針之間距離允許上下變化的公差±0.25mm，即允許變化范圍0.5mm；無其他特殊需求。工業(yè)相機(jī)選型（1）確定傳感器類型該用戶需要測(cè)試固定視野大小的產(chǎn)品，因此選用面陣相機(jī)；檢測(cè)PIN針?biāo)谖恢?，無色彩要求，選擇黑白相機(jī)；被測(cè)物為靜態(tài)拍照狀態(tài)，故選擇卷簾曝光相機(jī)。（2）視野范圍實(shí)際檢測(cè)區(qū)域范圍為67mm*8mm，常用視野長(zhǎng)寬比例為4:3，視野假設(shè)為72*54mm。（3）像素精度由于需要對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行穩(wěn)定性分析，且考慮到邊緣像素跳動(dòng)，針對(duì)連接器行業(yè)，通常的精度要求需要除以10，則此處為0.5mm/10pixel=0.05mm/pixel。（4）分辨率長(zhǎng)邊：72mm÷0.05mm/pixel=1440pixels，寬邊54mm÷0.05mm/pixel=1080piexls，則分辨率至少為1440*1080=1555200pixels。（5）數(shù)據(jù)接口為了節(jié)省成本和降低方案復(fù)雜度，選用千兆網(wǎng)以太網(wǎng)接口。（6）確定工業(yè)相機(jī)產(chǎn)品系列對(duì)于DCCK系列相機(jī)，最終選擇分辨率為200萬的卷簾曝光黑白工業(yè)面陣相機(jī)，分辨率1624*1240。即可選擇DC-C108-020R-60GM相機(jī)。常用相機(jī)像素：0.31.325101220單位MP（MegaPixels）工業(yè)相機(jī)選型產(chǎn)品情況：檢測(cè)汽車電容器方框內(nèi)的零件是否有漏裝、錯(cuò)裝、裝反；所需檢測(cè)產(chǎn)品字符細(xì)節(jié)尺寸為0.5mm。細(xì)節(jié)尺寸：區(qū)域大?。簷z測(cè)區(qū)域?yàn)?10mm×27mm；字符：15字符：10字符：30字符：20字符：7.5工業(yè)相機(jī)選型計(jì)算步驟：①視野（FOV）：檢測(cè)范圍110mm×27mm，視野范圍需要比待檢測(cè)范圍大，常用視野長(zhǎng)寬比例為4:3，所以選取視野范圍160mm*120mm。②像素精度：產(chǎn)品的字符細(xì)節(jié)尺寸0.5mm，通常每個(gè)字符的筆畫寬度需要大于或等于十個(gè)像素，所以像素精度為0.5/10=0.05mm/piexl。③分辨率：長(zhǎng)邊160/0.05=3200pixels，寬邊120/0.05=2400piexls，則分辨率至少為3200*2400，可選用1000萬像素的工業(yè)相機(jī)。④彩色or黑白：檢測(cè)區(qū)域包含多種顏色，選用彩色相機(jī)。選擇相機(jī)：1000萬像素，分辨率3860*2748。第三章機(jī)器視覺硬件系統(tǒng)鏡頭023.2鏡頭鏡頭在機(jī)器視覺系統(tǒng)中的作用是收集光線、聚焦圖像、控制視野和視場(chǎng)角、調(diào)整圖像質(zhì)量、控制景深以及校正光學(xué)畸變。3.2鏡頭相機(jī)鏡頭鏡頭外部結(jié)構(gòu)對(duì)焦環(huán)（N-NEAR/∞-FAR）調(diào)光圈環(huán)（O-OPEN/C-CLOSE）鎖緊螺絲鏡頭接口透鏡3.2鏡頭?鏡頭主要參數(shù)焦距：即焦長(zhǎng)，是平行光入射時(shí)，從透鏡光心到光線聚集之焦點(diǎn)的距離。在相機(jī)中，焦距是從鏡片中心到底片或是CCD等成像平面的距離。3.2鏡頭?鏡頭主要參數(shù)視場(chǎng)角（視角）：像場(chǎng)所對(duì)應(yīng)的景物范圍被稱為視場(chǎng)（Fieldofview,即FOV，也叫視野范圍），即整個(gè)系統(tǒng)能夠觀察的物體的尺寸范圍。3.2鏡頭?鏡頭主要參數(shù)視場(chǎng)角（視角）：像場(chǎng)所對(duì)應(yīng)的景物范圍被稱為視場(chǎng)（Fieldofview,即FOV，也叫視野范圍），即整個(gè)系統(tǒng)能夠觀察的物體的尺寸范圍。工業(yè)鏡頭的主要參數(shù)視野：像場(chǎng)所對(duì)應(yīng)的景物范圍被稱為視場(chǎng)，即整個(gè)系統(tǒng)能夠觀察的物體的尺寸范圍。焦距數(shù)值越小，視野越大，觀察范圍越大；焦距數(shù)值越大，視野越小，觀察范圍越小。

物體鏡頭成像相機(jī)芯片（a）25mm焦距成像效果物體鏡頭成像相機(jī)芯片（b）35mm焦距成像效果3.2鏡頭?鏡頭主要參數(shù)景深是指在攝影或光學(xué)成像中，被攝物體在圖像中呈現(xiàn)清晰焦點(diǎn)的范圍。簡(jiǎn)而言之，景深是指圖像中的前景和背景都能夠保持清晰的距離范圍。在靠近焦點(diǎn)處，光線開始聚集；在焦點(diǎn)前和后，光線開始擴(kuò)散，點(diǎn)的影像變成模糊的，形成一個(gè)擴(kuò)大的圓，這個(gè)圓就叫做彌散圓。通常在被攝物體（焦點(diǎn)）前后各有一個(gè)容許彌散圓，這兩個(gè)彌散圓之間的距離就叫景深。工業(yè)鏡頭的主要參數(shù)景深：是指在攝影或光學(xué)成像中，被攝物體在圖像中呈現(xiàn)清晰焦點(diǎn)的范圍。工業(yè)鏡頭的主要參數(shù)景深：是指在攝影或光學(xué)成像中，被攝物體在圖像中呈現(xiàn)清晰焦點(diǎn)的范圍。1、光圈越大，景深越小，

光圈越小，景深越大；2、焦距越長(zhǎng)，景深越小，

焦距越短，景深越大；3、拍攝距離越遠(yuǎn)，景深越大，

距離越近，景深越小；3.2鏡頭?鏡頭主要參數(shù)景深是指在攝影或光學(xué)成像中，被攝物體在圖像中呈現(xiàn)清晰焦點(diǎn)的范圍。簡(jiǎn)而言之，景深是指圖像中的前景和背景都能夠保持清晰的距離范圍。在靠近焦點(diǎn)處，光線開始聚集；在焦點(diǎn)前和后，光線開始擴(kuò)散，點(diǎn)的影像變成模糊的，形成一個(gè)擴(kuò)大的圓，這個(gè)圓就叫做彌散圓。通常在被攝物體（焦點(diǎn)）前后各有一個(gè)容許彌散圓，這兩個(gè)彌散圓之間的距離就叫景深。焦距越長(zhǎng)，景深越??；距離越遠(yuǎn)，景深越大；光圈越大，景深越小。3.2鏡頭?鏡頭主要參數(shù)焦距：f＝WD×CCD芯片尺寸(長(zhǎng)邊尺寸or短邊尺寸)/FOV(長(zhǎng)度or寬度)焦距越小，視場(chǎng)角就越大，視野也就相應(yīng)的更大，因?yàn)榻咕嘁话阌泄潭ǖ闹?，?mm、8mm，所以實(shí)際焦距可以相應(yīng)選小一號(hào)的。已知用戶觀察范圍為30mm*30mm，工作距離為100mm，CCD尺寸為1/3’’,那么需要多少焦距的鏡頭？相機(jī)CCD芯片尺寸1/3’’，則CCD芯片長(zhǎng)度尺寸4.8mm，寬帶尺寸3.6mm，則焦距f=（100*3.6）/30=12mm。3.2鏡頭?鏡頭主要參數(shù)光圈：用于控制鏡頭進(jìn)光量的大小。它是一個(gè)可調(diào)節(jié)的孔徑，決定了通過鏡頭進(jìn)入相機(jī)的光線的數(shù)量。光圈的大小直接影響到攝影中的曝光和景深。鏡頭光圈的大小用相對(duì)孔徑D/f來表示，其中D為鏡頭中光線能通過的圓孔直徑，f為焦距。D越大能收集和通過的光線越多，同時(shí)，焦距越短，這些光線到達(dá)成像面的密度越高。鏡頭上標(biāo)注的相對(duì)孔徑都是以1/F（F---光圈數(shù)，也叫焦徑比）的倒數(shù)來表達(dá)的。則光圈數(shù)（F）和光圈是一個(gè)反比關(guān)系。即F值越小，光圈越大。F值越大，光圈越小。光圈通常用F值來表示，如f/2.8、f/4、f/8等。F值是焦距與鏡頭口徑的比值。較小的F值表示較大的光圈開口，能夠傳遞更多的光線，而較大的F值表示較小的光圈開口，傳遞的光線相對(duì)較少。在相機(jī)中，到達(dá)成像面的照度與相對(duì)孔徑的平方成正比，F(xiàn)值是成倍數(shù)調(diào)整的，相鄰的兩檔的數(shù)值一般相差1.4倍，常見的光圈F值有1、1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22、32、44、64。工業(yè)鏡頭的主要參數(shù)光圈：用于控制鏡頭進(jìn)光量的大小。它是一個(gè)可調(diào)節(jié)的孔徑，決定了通過鏡頭進(jìn)入相機(jī)的光線的數(shù)量。光圈的大小直接影響到攝影中的曝光和景深。3.2鏡頭?鏡頭主要參數(shù)光學(xué)放大倍率是指在光學(xué)系統(tǒng)中，通過鏡頭對(duì)被觀察物體進(jìn)行放大的程度。它表示被觀察物體在成像中的尺寸相對(duì)于原始物體尺寸的比例關(guān)系。放大倍率指成像大小和物體大小的比，也為CCD尺寸與視場(chǎng)大小之比。光學(xué)倍率（M）=CCD相機(jī)元素尺寸/視場(chǎng)實(shí)際尺寸=有效感應(yīng)尺寸（VorH)/（視野（VorH））工業(yè)鏡頭的主要參數(shù)光學(xué)放大倍率CCD/FOV：即芯片尺寸除以視野范圍。是指在光學(xué)系統(tǒng)中，通過鏡頭對(duì)被觀察物體進(jìn)行放大的程度。光學(xué)倍率=CCD相機(jī)元素尺寸/視場(chǎng)實(shí)際尺寸工業(yè)鏡頭的主要參數(shù)畸變：鏡頭在設(shè)計(jì)和加工上存在的誤差會(huì)導(dǎo)致物體成像時(shí)產(chǎn)生形變，經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)成像產(chǎn)生的誤差稱為畸變?；冎挥绊懗上竦膸缀涡螤睿挥绊懗上竦那逦?。(a)正常圖像(b)枕形畸變(c)桶形畸變(a)枕形畸變實(shí)物效果(b)桶形畸變實(shí)物效果工業(yè)鏡頭的主要參數(shù)工業(yè)鏡頭的主要技術(shù)參數(shù)包括：焦距、工作距離、分辨率、靶面尺寸、視場(chǎng)角、光圈值、景深、接口、畸變等。3.2鏡頭?鏡頭的分類1.常規(guī)鏡頭。定焦距工業(yè)鏡頭又可分為魚眼鏡頭、短焦鏡頭、標(biāo)準(zhǔn)鏡頭、長(zhǎng)焦鏡頭等四大類。2.特殊用途的鏡頭除了常見的定焦距鏡頭和變焦距鏡頭外，還有一些特殊用途的鏡頭可用于滿足特定的攝影和拍攝需求。（1）顯微鏡頭。（2）微距鏡頭。（3）遠(yuǎn)心鏡頭。可以在一定的物距范圍內(nèi)，使得到的圖像放大倍率不會(huì)隨物距的變化而變化（4）液態(tài)鏡頭。液體的厚度和形狀的變化會(huì)導(dǎo)致鏡頭的焦距或聚焦能力的調(diào)整。（5）紫外鏡頭和紅外鏡頭。3.2鏡頭?鏡頭的分類變焦鏡頭微距鏡頭廣角鏡頭長(zhǎng)焦距鏡頭液體鏡頭遠(yuǎn)心鏡頭鏡頭按照用途分類自動(dòng)對(duì)焦紫外鏡頭3.2鏡頭?鏡頭的選型DC-PLE103521對(duì)焦環(huán)和光圈相對(duì)位置分辨率：10MP焦距：35mm鏡頭接口德創(chuàng)3.2鏡頭?鏡頭的選型123工業(yè)鏡頭的類型鏡頭兼容最大靶面尺寸接口類型光圈、價(jià)格等求出定焦鏡頭的焦距，或求出定倍鏡頭的倍率鏡頭分辨率要大于等于相機(jī)分辨率3.2鏡頭產(chǎn)品情況：長(zhǎng)邊為75mm的連接器，來料方向基本不變；兩PIN針之間距離允許上下變化的公差±0.5mm。公差：區(qū)域大?。篜IN針?biāo)趨^(qū)域?yàn)?7mm*8mm；?鏡頭的選型3.2鏡頭?鏡頭的選型視野（FOV）：72*54mm；至少為1624*1240，200萬像素工業(yè)相機(jī)；分辨率：像素精度：0.05mm/pixel；靶面尺寸：1/1.7”（7.3mmx5.5mm）。3.2鏡頭

計(jì)算過程：3.2鏡頭③遠(yuǎn)心鏡頭：根據(jù)放大倍率=1.8、相機(jī)芯片尺寸1”；可以選取放大倍率為0.184的DTCM110-90-AL，兼容最大靶面尺寸1”。④工作距離：根據(jù)選取的鏡頭，同客戶確定可以安裝的工作距離WD=208±3mm。計(jì)算過程：3.2鏡頭?鏡頭的選型視野（FOV）：160*120mm；至少為3860*2748，1000萬像素工業(yè)相機(jī)；分辨率：像素精度：0.05mm/pixel；靶面尺寸：1/2.3”（6.4mm*4.6mm）。字符：15字符：10字符：30字符：20字符：7.53.2鏡頭

計(jì)算過程：3.2鏡頭③定焦鏡頭：根據(jù)計(jì)算焦距=16mm、相機(jī)芯片尺寸1/2.3”；可以選取焦距為16mm，兼容最大靶面尺寸2/3”的定焦鏡頭。計(jì)算過程：第三章機(jī)器視覺硬件系統(tǒng)光源033.3光源?光源的分類1.根據(jù)顏色分類常用光源顏色集中在可見光范圍，主要有白光（復(fù)合光）、紅色、藍(lán)色、綠色，另外紅外光也比較普及，而紫外光由于各種原因，應(yīng)用較少。2.根據(jù)發(fā)光的原理分類根據(jù)發(fā)光的原理，機(jī)器視覺常用的光源主要有：熒光燈、鹵素?zé)簟ED、氙燈等。3.根據(jù)外形分類各廠家會(huì)根據(jù)不同光源外形特性進(jìn)行分類，也是目前的主流分類，比如環(huán)形光源、環(huán)形低角度光源、條形光源、圓頂光源（碗光源/穹頂光源）、面光源等。工業(yè)光源的分類1.根據(jù)顏色分類常用光源顏色集中在可見光范圍，主要有白光（復(fù)合光）、紅色、藍(lán)色、綠色，另外紅外光也比較普及，而紫外光由于各種原因，應(yīng)用較少。工業(yè)光源的分類(a)熒光燈(c)LED光源(b)鹵素?zé)?.根據(jù)發(fā)光的原理分類根據(jù)發(fā)光的原理，機(jī)器視覺常用的光源主要有：熒光燈、鹵素?zé)?、LED、氙燈等。(c)氙燈工業(yè)光源的分類3.3光源?光源的分類環(huán)形光源條形光源圓頂光源面光源工業(yè)光源的常見照明方式點(diǎn)光源、球積分光源及線掃光源

圖a點(diǎn)光源

圖b球積分光源圖c線掃光源3.3光源條形光源3.3光源弧頂光源3.3光源面光源3.3光源環(huán)光源3.3光源環(huán)光源0°環(huán)光30°環(huán)光60°環(huán)光工業(yè)光源的常見照明方式光學(xué)玻璃半透鏡鋁制機(jī)體同軸光源工業(yè)光源的常見照明方式同軸光源3.3光源?常見的光源照明方式高角度光

低角度光

無影光高角度照射圖像整體更亮，適用于表面不反光的物體；高角度照射，光線經(jīng)被測(cè)物表面平整部分反射后進(jìn)入鏡頭，圖像效果表現(xiàn)為灰度值較高；不平整部分反射光進(jìn)入不了鏡頭，圖像效果表現(xiàn)為灰度值較低。圖像背景為黑色，特征為白色，可以突出被測(cè)物體的輪廓變化和表面凹凸變化低角度照射，被測(cè)物表面平整部分的反射光無法進(jìn)入鏡頭，圖像效果表現(xiàn)為灰度值較低；不平整部分反射光進(jìn)入鏡頭，圖像效果表現(xiàn)為灰度值較高。低角度照射無影光兼具了高角度光和低角度光的效果，使被測(cè)物得到了多角度的照射，表面紋理，褶皺被弱化，圖像上整體均勻。無影光背光高角度光低角度光正光其他角度打光方式視野視野的2倍反射光進(jìn)入相機(jī)明視場(chǎng)大部分區(qū)域光線反射進(jìn)入像機(jī)，僅少部分區(qū)域沒有光線進(jìn)入，這種照明方法又叫做明場(chǎng)照明。打光方式打光方式暗視場(chǎng)通常把這種大部分區(qū)域沒有光線反射進(jìn)入相機(jī)，僅少數(shù)目標(biāo)區(qū)域有光線進(jìn)入相機(jī)照明方法又叫做暗場(chǎng)照明。視野光源反射光不進(jìn)入相機(jī)高角度和低角度打光下硬幣的圖像比較明場(chǎng)照明指光線反射后進(jìn)入照相機(jī)，而暗場(chǎng)照明為光線反射后未進(jìn)入照相機(jī)。在缺陷檢測(cè)中，明域照明主要用于散射和吸收光線缺陷類型的檢測(cè),在大多數(shù)明域照明圖像中，背景亮，缺陷暗。暗域照明主要用于光滑工件表面上含有散射光的缺陷類型檢測(cè)。在大多數(shù)暗域照明采集的圖像中，背景暗，僅僅缺陷可見。暗域照明常被用于檢測(cè)表面污垢和表面突起的特征3.3光源工業(yè)光源的常見照明方式高角度環(huán)形光源打光案例一一電子零件檢測(cè)(a)高角度環(huán)光源打光示意圖(b)光源安裝示意圖(c)打光前后效果圖工業(yè)光源的常見照明方式低角度環(huán)形光源打光案例——塑料亮外觀檢測(cè)漫反射鏡面反射低角度環(huán)形照明案例——塑料殼外觀檢測(cè)

低角度環(huán)形光源打光示意圖工業(yè)光源的常見照明方式無影光打光案例——電容字符檢測(cè)3.3光源?常見的光源照明方式多角度光背光工業(yè)光源的常見照明方式相機(jī)紅色LED綠色LED藍(lán)色LED點(diǎn)位A點(diǎn)位B點(diǎn)位C

AOI光源中焊錫缺陷效果圖

AOI光源打光示意圖多角度光源（AOI光源）打光案例——焊錫缺陷檢測(cè)工業(yè)光源的常見照明方式背光源打光案例——飲料瓶液位、字符檢測(cè)。

飲料瓶成像效果圖

光源安裝示意圖

背光源3.3光源?常見的光源照明方式同軸光同軸照明通常由光源和一個(gè)特殊的反射鏡或反射器組成。光源發(fā)出的光線被反射器反射，并沿著光軸方向進(jìn)入被觀察對(duì)象，然后反射回相機(jī)鏡頭中。通過調(diào)整反射器的位置和角度，可以控制光線的入射角度和照明范圍，以適應(yīng)不同的檢測(cè)需求。同軸照明適用于對(duì)高反射性物體或具有強(qiáng)烈反光的表面進(jìn)行檢測(cè)，例如金屬零件、玻璃、鏡面等。工業(yè)光源的常見照明方式同軸光源打光案例——金屬端口檢測(cè)，該案例中，采用同軸光源打光，使得字符更加突出。漫反射鏡面反射3.3光源?光源選型DCCK-PIN-90-60W光源類型：RIN-環(huán)形光源BAR-條形光源BAC-面光源COA-同軸光源HEM-弧頂光源外徑尺寸（mm）光線與水平面夾角環(huán)形光源德創(chuàng)光源顏色：W-白色R-紅色G-綠色B-藍(lán)色3.3光源光源選型一般步驟12根據(jù)產(chǎn)品顏色，確定光源顏色和背景顏色根據(jù)產(chǎn)品材質(zhì)，確定直射光/漫射光，穿透性是強(qiáng)是弱3根據(jù)產(chǎn)品尺寸、3D特征，確定光源的尺寸，入射角度和高度等4選擇光源并驗(yàn)證，確定最終光源以及安裝方式3.3光源產(chǎn)品情況：長(zhǎng)邊為75mm的連接器，來料方向基本不變，需要測(cè)量PIN之間距離；兩PIN針之間距離允許上下變化的公差±0.5mm。公差：區(qū)域大?。篜IN針?biāo)趨^(qū)域?yàn)?7mm*8mm；3.3光源相機(jī)相關(guān)參數(shù)：鏡頭相關(guān)參數(shù)：視野FOV=72*54mm；像素精度0.05mm/pixel；分辨率至少為1624*1240，200萬像素工業(yè)相機(jī)；靶面尺寸1/1.7”（7.3mmx5.5mm）；遠(yuǎn)心鏡頭；放大倍率β≈0.18；放大倍率為0.184的遠(yuǎn)心鏡頭DTCM110-90-AL，兼容最大靶面尺寸1”；工作距離WD=208±3mm。3.3光源①光源顏色：待測(cè)物體為銀色PIN針之間距離，PIN針在產(chǎn)品內(nèi)側(cè)，需要更亮的光源來打亮PIN針，選擇白色光源。②光源類型：PIN針為金屬材質(zhì)，且分布較為均勻，需要均勻漫射光源將每根PIN針都照亮，這里可以選擇同軸光源。③光源安裝方式：PIN針位于產(chǎn)品內(nèi)部，且深度較深，需要將PIN打的更亮。選擇亮度高且均勻漫射的同軸光源位于高角度垂直照射于產(chǎn)品表面。計(jì)算過程：3.3光源④光源選擇及驗(yàn)證：光源架設(shè)位置如右圖所示。最終拍攝的PIN圖像效果如下圖所示。228±4mmPIN針上表面下表面3.3光源?光源選型光源顏色待測(cè)內(nèi)容為銀色PIN針之間距離，PIN針在產(chǎn)品內(nèi)側(cè)，我們需要更亮的光源來打亮PIN針；并且產(chǎn)品背景雖然為藍(lán)色，但對(duì)測(cè)量PIN針間距的影響不大，這里選擇白色光源。2.光源類型PIN針為金屬材質(zhì)，且分布較為均勻，需要均勻漫射光源將每根PIN針都照亮，這里可以選擇同軸光源。3.光源安裝方式PIN針位于產(chǎn)品內(nèi)部，且深度較深，需要將PIN的更亮選擇亮度高且均勻漫射的同軸光源位于高角度垂直照射于產(chǎn)品表面。最終選擇型號(hào)為DCCK-COA-80X的光源，主要性能參數(shù)見表。參數(shù)性能電壓24V

適用電源頻閃控制器(4STU)模擬控制器(2APC)數(shù)字控制器(3DPC)發(fā)光區(qū)80*80mm3.3光源產(chǎn)品情況：檢測(cè)汽車電容器方框內(nèi)的零件是否有漏裝，錯(cuò)裝，裝反；所需檢測(cè)產(chǎn)品字符細(xì)節(jié)尺寸為0.5mm。細(xì)節(jié)尺寸：區(qū)域大?。簷z測(cè)區(qū)域?yàn)?10mm×27mm；字符：15字符：10字符：30字符：20字符：7.53.3光源相機(jī)相關(guān)參數(shù)：鏡頭相關(guān)參數(shù)：字符：15字符：10字符：30字符：20字符：7.5視野FOV=160*120mm；像素精度0.05mm/pixel；分辨率至少為3860*2748，1000萬像素工業(yè)相機(jī)；靶面尺寸1/2.3”（6.4mm*4.6mm）。定焦鏡頭；焦距f=16mm；最終選擇焦距為16mm，兼容最大靶面尺寸2/3”的定焦鏡頭。3.3光源計(jì)算過程：①光源顏色：待測(cè)物體為多種顏色塑料模塊，選擇白色光源配合彩色相機(jī)。②光源類型：產(chǎn)品待檢測(cè)范圍呈長(zhǎng)條狀，視野長(zhǎng)邊160mm，這里可以選擇192*38mm的條形光源。③光源安裝方式：條光體積較小、安裝角度靈活，不易遮擋產(chǎn)品視野選擇安裝角度條形光源位于產(chǎn)品表面斜上方200±30mm處，離正上方偏移70mm不遮擋視野為佳。3.3光源④光源選擇及驗(yàn)證：光源架設(shè)位置如右圖所示。最終拍攝的汽車電容待檢測(cè)區(qū)域圖像效果如下圖所示。200±30mm產(chǎn)品下表面100mm傾斜45°±5°400±20mm上表面70±30mm計(jì)算過程：3.3光源?常見的輔助光學(xué)器件有：反射鏡：反射鏡可以簡(jiǎn)單方便的改變優(yōu)化光源的光路和角度。分光鏡：分光鏡通過特殊的鍍膜技術(shù)，不同的鍍膜參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)反射光和折射光比例的任意調(diào)節(jié)。機(jī)器視覺光源中的同軸光就是分光鏡的具體應(yīng)用。棱鏡：不同頻率的光在介質(zhì)中的折射率是不同的，根據(jù)光學(xué)的這一基本原理可以把不同顏