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机器视觉技术机器视觉技术Machine VisionMachine Vision1主讲人：电 话：邮 箱：2引言引言 机器视觉介绍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机器视觉处理速度快检测精度高非接触测量 1 1 工业相机工业相机-概述概述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CCDCMOS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 1.1 工业相机工业相机-接口接口/输出方式输出方式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 1.1 工业相机工业相机-接口接口USBIEEE 1394GigECameraLink特点易用，价格低标准协议，易用，价格低，CPU占用最低标准协议，易用，价格低，传输距离远带宽高，抗干扰能力强，需采集卡速率/距离38MB/S，5M32-64MB/S 10M100MB/S 100M680MB/S，10M相机个数12763无限制1PAL25帧/秒，625线/场720X576NTSC30帧/秒，525线/场720X480 1.1 1.1 工业相机工业相机-接口接口 1.2 1.2 工业相机工业相机-CCD/CMOS-CCD/CMOSCCDCMOSCCD：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 1.2 工业相机工业相机-CCD/CMOS-CCD/CMOSCCD和CMOS优缺点抑噪能力强、灵敏度高、图像还原度高，低电压、低功耗高度集成、传输速度快、动态AOI、适用高分辨率、高速场合相对于CMOS耗电量大、工艺复杂、成本高抗干扰能力差，成像还原度差于CCD CCDCMOS 1.3 1.3 工业相机工业相机-传感器结构特性传感器结构特性面面阵相机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传感器的结构特性线阵相机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小的场合 1.4 1.4 工业相机工业相机-分辨率和尺寸分辨率和尺寸传感器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 1.4 工业相机工业相机-分辨率和尺寸分辨率和尺寸对角线12/31/1.81/21/2.71/31/4有效面积12.89.68.86.67.185.326.44.85.273.964.83.63.62.7分辨率65949478258210347791392104016281236n 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。n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 1.5 工业相机工业相机-像素时钟像素时钟/最大行频最大行频/最大帧率最大帧率 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 2 如何选择合适的工业相机如何选择合适的工业相机 选择品牌选择品牌帧率的选帧率的选择择分辨率的分辨率的选择选择接口的选接口的选择择黑白？彩色黑白？彩色？面阵？线？面阵？线阵？阵？CCDCCD？CMOSCMOS？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 3 镜头基础知识及选型镜头基础知识及选型u 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。u 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 3.1 镜头相关参数镜头相关参数u 焦距u 物距（工作距离）u 视野（视场范围）u 视场角u 相对孔径u 光圈数 3.2 3.2 镜头焦距镜头焦距u 焦距：镜头光学后主点到焦点的距离。u 由上图可以看出焦距越长成像也就越大。u 常用的工业镜头：5mm，8mm，12mm，25mm，35mm，50mm，75mm等等。3.3 3.3 光圈光圈u 光圈：镜头中可以改变中间孔大小的机械装置。u 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；u 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 3.4 景深景深u 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。u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 3.5 视场角视场角u 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 3.6 工作波长工作波长u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 3.6 分辨率分辨率定义：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)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 3.7 镜头产生的畸变镜头产生的畸变 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 3.8 如何选择合适的镜头如何选择合适的镜头 远心镜头远心镜头接口（接口（接口（接口（C/CSC/CS）有有有有时时需要需要需要需要转转接接接接环环焦距的选择焦距的选择 4 4 照明系统照明系统作用：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。性能白炽灯氙灯LED光源寿命（kh）5-7约1-360-100响应速度慢慢快亮度较亮亮可调特性发热严重、寿命短、易老化、能量转换率低价格便宜、照明面积大、光谱分布不均匀、寿命短寿命长、相应速度快、几乎无老化、功耗小、发热小 4.1 4.1 照明方式照明方式 4.2 4.2 照明方式照明方式 4.3 4.3 照明方式照明方式作用：去除照明产生的泛光 4.4 4.4 照明方式照明方式光线控制薄膜：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 4.5 条形光条形光 4.6 4.6 同轴光同轴光同轴光：照明更加均匀，提高机器视觉检测的准确性和重现性。4.7 4.7 环形环形LEDLED光源光源环形光：直接照射，是一种低成本，易于集成的解决方案。4.8 4.8 背光源背光源背光源：均匀度高，厚度较薄，完美呈现被测物的轮廓。4.9 4.9 线性光源线性光源线性光源：高亮度线扫描光源，用于线阵相机项目。4.10 4.10 电源电源/控制器控制器电源：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 VisonPro5 VisonPro介绍介绍提供一种快速的机器视觉图像处理方案。5.1 VisionPro5.1 VisionPro 5.2 VisionPro5.2 VisionPro 5.3 5.3 几何图案匹配和检验（几何图案匹配和检验（PatMaxPatMax）谢谢！