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1、机器视觉技术Machine Vision,1,主讲人：电 话：邮 箱：,2,引言 机器视觉介绍,自动化设备,汽车工业,消费品,电子产品,食品饮料/包装,医药行业,机器视觉,处理速度快检测精度高非接触测量,1 工业相机-概述,3,工业相机用于获取图像,传感器选择,传感器结构,输出信号,CCD,CMOS,面阵相机,线阵相机,数字相机,模拟相机,图像,黑白相机,彩色相机,1.1 工业相机-接口/输出方式,USB(USB2.0/USB3.0)IEEE 1394（Firewire）GigECameraLink模拟信号（BNC、S端子）：需要图像采集卡(PAL、NTSC等)。,1.1 工业相机-接口,1.
2、1 工业相机-接口,1.2 工业相机-CCD/CMOS,CCD,CMOS,CCD：感光元件将光强转为电荷，形成电荷包，在后驱脉冲作用下转移、放大输出图像信号。,CMOS：将光敏感阵列、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换电路、控制器集成在一块芯片上，还具有局部像素随机访问的优点。,1.2 工业相机-CCD/CMOS,CCD和CMOS优缺点,CCD,CMOS,1.3 工业相机-传感器结构特性,面阵相机感光单元按二维阵列排列每次拍摄对一个面进行曝光成像,线阵相机感光单元排列是一维的每次曝光仅是一条线成像，随着物体和摄像机的相对运动，相机连续曝光形成一幅二维图像，适用于目标物体幅面较大或缺陷尺寸微
3、小的场合,1.4 工业相机-分辨率和尺寸,传感器,传感器尺寸,水平分辨率,垂直分辨率,尺寸通常以有效面积或对角线尺寸（英寸）表示,1,相机分辨率=水平分辨率X垂直分辨率,1,1,1.4 工业相机-分辨率和尺寸,很显然，单个像素面积越小，单位面积内的像素数量就越多，摄像机的分辨率就越高，但是，随着像素面积的缩小，每个像素能够储存的电荷数量也随之减少，造成相机动态范围和感光度降低。因此，在分辨率允许的情况下，选择像素尺寸大的相机会有较大的动态范围和较高的感光度，但是随之而来产生的噪声也会加大。,1.5 工业相机-像素时钟/最大行频/最大帧率,像素时钟：CCD中像素输出的节拍；最大行频：线阵相机每秒
4、钟能够输出的最大行数；最大帧率：面阵相机每秒钟能够采集并输出的最大帧数；,像素时钟越高最大行频或者帧率越高，但是噪声也会加大，影响低照度环境下的性能,2 如何选择合适的工业相机,选择品牌,帧率的选择,分辨率的选择,接口的选择,黑白？彩色？面阵？线阵？CCD？CMOS？,相机水平分辨率=拍摄视野水平尺寸/检测精度相机垂直分辨率=拍摄视野垂直尺寸/检测精度,一般来讲，分辨率越高帧率越小,3 镜头基础知识及选型,镜头的作用：集聚光线，使成像单元能获取清晰的影像结构，产生锐利的图像。调节机构主要是光圈调节环和调焦环，接口主要由常见的C口、CS口。,3.1 镜头相关参数,焦距 物距（工作距离）视野（视场
5、范围）,视场角 相对孔径 光圈数,3.2 镜头焦距,焦距：镜头光学后主点到焦点的距离。由上图可以看出焦距越长成像也就越大。常用的工业镜头：5mm，8mm，12mm，25mm，35mm，50mm，75mm等等。,3.3 光圈,光圈：镜头中可以改变中间孔大小的机械装置。图像的成像照度与光圈的直径D的平方成正比，于镜头的焦距成反比，D/f被称为镜头的相对通光孔径，他的倒数f/D就被成为光圈数，也叫F数，如果镜头的相对孔径是1:2，那么他的光圈就是F2.0；相对孔径越小，则光圈数越大，在单位时间内的通光量也越大。,3.4 景深,当镜头聚集于被测物表面时，同一表面上的都能在CCD上清晰成像，这一表面前后
6、一定范围内的景物也能清晰的成像，这个纵深范围就被称为景深。拍摄距离越远，景深越大，焦距越长，景深越小，光圈越大，景深越小。,3.5 视场角,当f一定时，市场角越大成像也就越大，当d一定时，焦距越长，视场角就越少。,3.6 工作波长,光学镜头都是针对一定波长范围内的光波工作，自物面发出的光波，在此波长范围内的，能够通过镜头在像面上成一清晰像，而且能量衰减较小；而在此范围外的光波，则难以校正像差，成像质量差，分辨率低，而且能量衰减很大，甚至被光学介质材料所吸收，完全不能通过镜头。,3.6 分辨率,定义：镜头在单位毫米内能够分辨开的黑白相同的条纹对数。,分辨率为1/2d，单位为lp/mm(线对/毫米
7、),理想镜头的分辨率完全由相对孔径所决定，相对孔径越大，F越小，分辨率就越高。,3.7 镜头产生的畸变,镜头一般用于聚集光线，让足够多的光线能够收敛聚焦到投影点上，这就必须使用大面积且弯曲的透镜，透镜可以聚集足够多的光线到某一点上，使图像的生成更加迅速，但是其代价就是引入畸变。,解决办法：1、采用摄像机标定；2、采用远心镜头；,3.8 如何选择合适的镜头,远心镜头,接口（C/CS）有时需要转接环,焦距的选择,4 照明系统,作用：以合适的方式将光线投射到被测物上，突出待测特征部分的对比度。,4.1 照明方式,4.2 照明方式,4.3 照明方式,作用：去除照明产生的泛光,4.4 照明方式,光线控制
8、薄膜：将散射光转为 平行光。,条形光：常用语45度角正向照明，是一种尺寸检测，外观检测经常用的一种照明方式,4.5 条形光,4.6 同轴光,同轴光：照明更加均匀，提高机器视觉检测的准确性和重现性。,4.7 环形LED光源,环形光：直接照射，是一种低成本，易于集成的解决方案。,4.8 背光源,背光源：均匀度高，厚度较薄，完美呈现被测物的轮廓。,4.9 线性光源,线性光源：高亮度线扫描光源，用于线阵相机项目。,4.10 电源/控制器,电源：提供光源电源，提供光源亮度调节。使用光源电源可以提升光源照明亮度的稳定性和使用寿命。光源频闪控制器：根据输入信号实现光源的频闪控制，可以大大提升LED光源的使用寿命。,5 VisonPro介绍,提供一种快速的机器视觉图像处理方案。,5.1 VisionPro,5.2 VisionPro,5.3 几何图案匹配和检验（PatMax）,谢谢！,
