机器视觉基础知识.pdf

1、机器视觉中的图像采集技术 （硬件基础知识）机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 基本概念 分类 成像原理及参数间关系 第一节工业镜头 第一节工 业镜头 内容提要机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 一、镜头基本概念(1) 成象面 工作距离（WD） 景深（DOV） 视野（ FOV ） 后焦面距离 第一节工 业镜头机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 一、镜头基本概念（2） 第一节工 业镜头 视野(FOV) 图像采集设备所能够覆盖的范围，它可以是在监视器上可以见到的范围，也可以使设备所输出的数字图像所能覆盖的最大范围 。 最大/最小工作距离（Work Distance ）从物镜到被检测物体的距离的

2、范围，小于最小工作距离大于最大工作距离系统均不能正确成像。 景深（Depth Of Field）在某个调焦位置上，景深内的物体都可以清晰成像。机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 一、镜头基本概念（3） 畸变 几何畸变指的是由于镜头方面的原因导致的图像范围内不同位置上的放大率存在的差异。几何畸变主要包括径向畸变和切向畸变。如枕形或桶形失真。 第一节工 业镜头机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 一、镜头基本概念（4） 镜头接口 C-MOUNT 镜头的标准接口之一，镜头的接口螺纹参数： 公称直径：1“ 螺距：32牙 CSMount是CMount的一个变种，区别仅仅在于镜头定位面到图像传感器光敏面

3、的距离的不同，CMount 是17。5mm，CSMount是12。5mm。 C/CS能够匹配的最大的图像传感器的尺寸不超过1“ 。 第一节工 业镜头机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 一、镜头基本概念（5） 成像面 可以在镜头的像面上清晰成像的物方平面 光圈与F值 光圈是一个用来控制镜头通光量装置，它通常是在镜头内。表达光圈大小我们是用F值，如f1。4，f2，f2。8 etc。 焦距 焦距是像方主面到像方焦点的距离。如16mm， 25mm 第一节工 业镜头机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 一、镜头基本概念（6） 分辨率 测量系统能够重现的最小的细节的尺寸常常用每毫米线对来表示，也就是根据

4、这个镜头能够分辨一毫米内多少对直线。选择镜头的时候必须注意厂商给出的分辨率的定义方式。 lp/mm (line pair per mm) lp/mm是表征分辨率的最简单的指标，但不是最佳指标，最佳的指标是镜头的调制传递函数MTF。 第一节工 业镜头机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 一、镜头基本概念（7） 镜头的调制传递函数MTF 第一节工 业镜头机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 一、镜头基本概念（8） 镜头的调制传递函数MTF 第一节工 业镜头机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 一、镜头基本概念（9） 镜头的调制传递函数MTF MTF能够同时表征系统重现物方空间的几何和灰度细节能力，

5、是衡量成像系统性能的最佳方式。对于一个实际的成像系统，细节密集地方的对比度要小于细节稀疏位置的对比度 成像系统中的每个环节都对系统最终的MTF产生影像，包括滤色片，镜头，图像传感器，后期处理电路等等。 第一节工 业镜头机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 一、镜头基本概念（10） 系统的调制传递函数MTF 第一节工 业镜头机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 二、镜头的分类（1） 按照等效焦距分为 广角镜头 等效焦距小于标准镜头（等效焦距为50mm）的镜头。特点是最小工作距离短，景深大，视角大。常常表现为桶形畸变。 中焦距镜头 焦距介于广角镜头和长焦镜头之间的镜头。通常情况下畸变校正较好。 长

6、焦距镜头 等效焦距超过200mm的镜头。工作距离长，放大比大，畸变常常表现为枕形状畸变。 等效焦距计算方法： 实际焦距43mm 镜头成像圆的直径 第一节工 业镜头机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 二、镜头的分类（2） 按照功能分 变焦距镜头 镜头的焦距可以调节，镜头的视角，视野可变 定焦距镜头 镜头的焦距不能调节，镜头视角固定。聚焦位置和光圈可以调节 定光圈镜头 光圈不能调节，通常情况下聚焦也不能调节。 第一节工 业镜头机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 二、镜头的分类（3） 按照用途分 微距镜头（或者成为显微镜头） 用于拍摄较小的目标具有很大的放大比 远心镜头 包括物方远心镜头和像方远

7、心镜头以及双边远心镜头。 第一节工 业镜头机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 二、镜头的分类（4） 关于远心镜头 远心指的是一种光学的设计模式：系统的出瞳和入瞳的位置在无限远处。 第一节工 业镜头机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 二、镜头的分类（5） 远心镜头特性 物方远心镜头可以消除透视畸变，像方远心镜头可以获得更好的像面照度的均匀性。 第一节工 业镜头机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 二、镜头各个参数间关系（1） 光圈大通光能力大，光圈小通光能力小； 光圈小则景深大，光圈大则景深小； 第一节工 业镜头机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 二、镜头各个参数间关系（2） 光圈大通光能

8、力大，光圈小通光能力小 光圈小则景深大，光圈大则景深小 第一节工 业镜头机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 基本概念 基本结构 成像原理 分类与发展趋势 第二节工业相机 第二节工 业相机 内容提要机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 一、工业相机的基本概念（1） 传感器的尺寸 图像传感器感光区域的面积大小。这个尺寸直接决定了整个系统的物理放大率。如：1/3“、1/2” 等。绝大多数模拟相机的传感器的长宽比例是4：3 (H：V)，数字相机的长宽比例则包括多种：1：1，16：9，3：2 etc。 第二节工 业相机机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 一、工业相机的基本概念（2） 物理放大率 传感

9、器感光面积于视野的比值，整个参数基本取决于镜头 系统放大率 最后显示环节上目标的尺寸于实际目标尺寸的比值。系统放大率取决于物理放大率和显示系统的阐述。对于自动测量和检测系统而言，物理放大率具有关键的意义。系统放大率仅仅对于需要人机交互进行检测的系统有意义 像素（Pixel =picture+element） 传感器感光面上最小感光单位。 第二节工 业相机机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 一、工业相机的基本概念（3） 分辨率(Resolution) 模拟制式相机的分辨率取决于传感器上像素的数目以及后期处理电路的质量，数字相机的传分辨率则直接取决与传感器上像素的数目。 480 768 640

10、480 760 574 美制RS 170 Norm 欧制CCIR -Norm 第二节工 业相机机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 一、工业相机的基本概念（4） 像素长宽比 指传感器上像素水平和垂直方向节距的比值，对于正方形的象素来说，其比值为1：1。此参数，对于系统的标定有直接影响。 快门速度（Shutter Speed） CCD/CMOS相机多数采用电子快门，通过电信号脉冲的宽度来控制传感器的光积分（曝光）时间。对于一般性能的的相机快门速度可以达到1/10000-1/100000秒。 帧频率（Frame Rate） 相机每秒中能够输出图像的帧数，对于模拟制式相机，这个频率是固定值，对于数字

11、相机，是个可变的值。 像素速率（Pixel Rate） 相机每秒中能够输出像素的个数，仅仅对于数字相机有意义。 第二节工 业相机机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 一、工业相机的基本概念（5） 卷帘快门（Rolling Shutter） 多数CMOS图像传感器上使用的快门，其特征是逐行曝光，每一行的曝光时间不一致。 全局快门（Global Shutter） CCD传感器和极少数CMOS传感器采用的快门，传感器上所有像素同时刻曝光。 第二节工 业相机机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 一、工业相机的基本概念（6） 相机扫描方式 隔行扫描（ Interlace ） 3 5 2 4 6 第二节工

12、 业相机机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 一、工业相机的基本概念（7） 相机扫描方式 逐行扫描（ Progressive scan ） 3 5 2 4 1 第二节工 业相机机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 一、工业相机的基本概念（8） 异步触发 通常情况下相机是一帧一帧拍摄的，所以进行高速拍摄的时候最高的同步精度不可能超过一帧图像的周期，对于某些支持异步触发的相机，可以在当前帧扫描尚未完成的情况下，将当前帧抛弃，直接开始新一帧图像的扫描，可以使得告诉拍摄的同步精度达到一行的扫描周期。 最低照度 又称灵敏度，衡量相机对光线敏感程度的指标。通常情况下是指相机获得30最大输出值时候所需的照度

13、。单位是Lux。 局部扫描 多数数字相机支持仅仅输出传感器上某一部分像素，这些像素位于某个矩形窗口内。通过具备扫描可以获得更高的桢频率。 第二节工 业相机机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 一、工业相机的基本概念（9） 传感器的光谱 下面是一个典型的CCD图像传感器对于不同光谱的响应曲线。 第二节工 业相机机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 一、工业相机的基本概念（10） 信号格式模拟图像信号的格式包括：复合视频信号，Y/C分离信号，RGB 分量信号。绝大多数周边设备都能够兼容这些信号格式。通常情况下对于彩色视频信号，Y/C分离传输的方式优于复合视频传输的方式，RGB分量传输的方式又优于Y

14、/C分离传输方式。 数字相机的信号传输格式更为复杂，目前普遍应用的包括： *LVDS *IEEE-1394(Fire Wire) *USB2。0 *CameraLink *Ethernet，包括传输未经压缩影像的千兆协议和传输经过压缩影像的百兆协议。 上述数字相机的传输方式无论是在机械上还是在电气上都是不兼容的。 第二节工 业相机机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 二、工业相机的基本结构 Digital Image Processing Module Lens Mount IR Filter Image Sensor Drive Circuit Transmitting Controller

15、 Video Signal Channel to control the camera 第二节工 业相机机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 三、工业相机的基本原理1 图像传感器（Image sensor）：是一个由N行及M列感光单元（CCD Pixel）组成的矩阵。 CCD的基本工作原理：当光子撞击到硅原子上时，会产生自由电子，再将这些自由电子收集在一起形成信号。 感光单元(CCD Pixcel) 工作原理 第二节工 业相机机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 三、工业相机的基本原理2 CCD的电荷存储器：能够存储一定量的电子。将电子释放出来之后所形成的电流，便可以量化地代表感光面上某点的明

16、暗信息。 CCD成象的“溢出”（Blooming）问题：当CCD象素接收到过多的光子，存储器中所收集的自由电子就会向周边的象素“ 溢出”。致使整个区域成象变亮。 光子 CCD象素 自由电子 溢出 第二节工 业相机机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 三、工业相机的基本原理3 相机拍照时间示意图 电子快门时间可由用户自己设置。但相机传输速率（Frame rate）是相对固定的。因此，传输速率是相机的成像速度的“瓶颈”。例：电子快门速度可达1/1000秒，但成像却只能达到60帧/秒。 电子快门时间 图像传输时间 单帧图像完整拍照时间 第二节工 业相机机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 按照图像传

17、感器区分 CCD相机：使用CCD感光芯片为图像传感器的相机 CMOS相机：使用CMOS感光芯片为图像传感器的相机 按照输出图像颜色区分： 单色相机：输出图像为单色图像的相机。 彩色相机：输出图像为彩色图像的相机。 四、工业相机分类（1） 第二节工 业相机机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 按照传感器类型区分 面扫描相机 传感器上像素呈面状分布的相机，其所成图像为二维“面”图像。 线扫描相机 传感器上呈线状（一行或三行）分布的相机，其所成图像为一维“线”图像。 四、工业相机分类（2） 第二节工 业相机机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 按输出信号区分 模拟信号相机 从传感器中传出的信号，被转

18、换成模拟电压信号，即普通视频信号，后再传到图像采集卡中。 数字信号相机 信号自传感器中的像素输出后，在相机内部直接数字化并输出。 四、工业相机分类（3） 第二节工 业相机机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 四、工业相机分类（5） 彩色VS黑白 黑白相机的每个像素仅仅采集亮度信号，对于彩色相机，则是借助于一个Bayer滤色片让每个像素来采集图像特定的色彩分量，然后利用后期的电路再重建出真是色彩，所以黑白相机的分辨率通常比具有同样像素数目和同级别后期处理电路的彩色相机搞出1020（in TVL)。此外由于没有覆盖Bayer滤色片，黑白相机在弱光下面的灵敏度也更好一些。但是彩色相机在检测那些具有色

19、彩敏感信息的目标的时候具有突出的优势。当然黑白相机也可以通过对光源色彩的控制实现这一功能。如果需要更高质量的彩色视频，就需要采用3CCD技术的彩色相机。 第二节工 业相机机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 四、工业相机分类（6） 模拟相机VS 。数字相机 相对来说模拟相机的价格比较低廉，使用比较简单。但是模拟相机存在一个分辨率和帧频率的上限，而且对于传输过程中的噪声和损耗也较为敏感。数字相机，通常具有更高的分辨率，当然价格也更昂贵，而且牵涉到比较复杂的按照调试工作，即使这个系统只需要最简单的功能，数字相机的传输距离通常较模拟相机短。 第二节工 业相机机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 数字

20、相机最终将取代传统模拟相机 CMOS芯片最终将取代传统CCD芯片 CAMERALINK数字接口技术将流行 FIREWIRE数字接口采集卡将被广泛使用 专业的机器视觉专用相机将成为发展趋势 五、工业相机的发展趋势 第二节工 业相机机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 基本概念 基本原理 成像原理 板卡分类 发展趋势 内容提要 第三节板 卡硬件 第三节板卡硬件机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 一、图像采集卡的基本概念（1） 图像采集卡（Frame Graber） 图像采集卡是图像采集部分和处理部分的接口。图像经过采样、量化以后转换为数字图像并输入、存储到帧存储器的过程，叫做采集、数字化。 A/

21、D转换 视频量化处理是指将相机所输出的模拟视频信号转换为PC所能识别的数字信号的过程，即A/D转换。视频信号的量化处理是图像采集处理的重要组成部分。低通滤波采样/保持A/D 转换 模拟信号 数字信号 A/D 转换过程 第三节板 卡硬件机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 一、图像采集卡的基本概念（2） 传输通道数（Channel） 采集卡同时对多个相机进行A/D转换的能力。如：2通道、4通道。 分辨率 采集卡能支持的最大点阵反映了其分辨率的性能。即，其所能支持的相机最大分辨率。 采样频率 采样频率反映了采集卡处理图像的速度和能力。在进行高速图像采集时，需要注意采集卡的采样频率是否满足要求。 第

22、三节板 卡硬件机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 一、图像采集卡的基本概念（3） 传输速率 指图像由采集卡到达内存的速度。主流图像采集卡与主板间都采用PCI接口，其理论传输速度为132MB/S。 图像格式（像素格式） 黑白图像：通常情况下，图像灰度等级可分为256级，即以8位表示。在对图像灰度有更精确要求时，可用10位，12位等来表示。 彩色图像：彩色图像可由RGB（YUV）3种色彩组合而成，根据其亮度级别的不同有888，101010等格式。 第三节板 卡硬件机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 一、图像采集卡的基本概念（4） 图像采集卡基本结构 第三节板 卡硬件机器视觉中的图像采集技术硬件

23、基础知识 图像采集卡附加功能 相机触发功能 灯源控制功能 基本I/O功能 相机复位功能 相机时序输出功能 一、图像采集卡的基本概念（5） ： 第三节板 卡硬件机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 二、图像采集卡基本原理（1） 视野(FOV)或现场是相机及光学系统“看”到的真实世界的具体部分。 CCD芯片将光能转化为电能。 相机将此信息以模拟信号的格式输出至图像采集卡。 AD 转换器将模拟信号转换成8 位（或多位）的数字信号。每个象素独立地把光强以灰度值（Gray level）的形式表达。 这些光强值从CCD芯片的矩阵中被存储在内存的矩阵数据结构中。 2 1 3 4 5 采集卡上的A/D 转换器

24、 第三节板 卡硬件机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 二、图像采集卡基本原理（2） 相机“看”到的图像 模拟信号经A/D转换，传输至内存的图像 第三节板 卡硬件机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 三、视觉系统成象原理 灰度值（Gray Level） 象素光强弱信息的表示灰度值为真实世界图像量化的表现方法。通常灰度值从最黑到最白为0 255。光线进入CCD象素，如果光强达到CCD感应的极限，此象素为纯白色。对应于内存中该象素灰度值为255。如果完全没有光线进入CCD象素，此象素为纯黑色。对应于内存中该象素灰度值为0。 第三节板 卡硬件机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 四、板卡分类 第三节

25、板 卡硬件 依据输入信号类型可以分为 模拟制式图像采集卡 数字图像采集卡 依据功能可以区分为 单纯功能的图像采集卡 集成图像处理功能的采集卡机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 五、板卡硬件发展趋势 传统图像采集卡（A/D转换）最终将被淘汰 CAMERALINK，FIREWIRE等数字接口采集卡很快将被广泛使用 第三节板 卡硬件光机电的完美集成 (机器视觉系统综合基础知识)机器视觉系统综合基础知识 灯源简述 灯源分类 获得完美图像的6大要素 如何选择镜头 第一节 第一节 内容提要机器视觉系统综合基础知识 一、灯源简述 第一节 机器视觉系统工作的基本程序： 取像=分析=结果输出 灯源：为确保视觉

26、系统正常取像获得足够光信息而提供照明的装置 灯源的目的 是将待测区域与背景明显区分开 将运动目标“凝固”在图像上 增强待测目标边缘清晰度 消除阴影 抵消噪光 灯源是一个视觉应用开始工作的第一步 适合的灯源可以提高系统检测精度、运行速度及工作效率机器视觉系统综合基础知识 二、灯源分类 第一节 萤光灯 卤素灯+光纤导管 LED光源 其他（激光、紫外光等）机器视觉系统综合基础知识 第一节 三、获得完美图像的6大要素（1）：高系统精度 系统精度（System accuracy） X方向系统精度（X方向象素值）视野范围（X方向）CCD芯片象素数量（X方向） Y方向系统精度（Y方向象素值）视野范围（Y方向

27、CCD芯片象素数量（Y方向） 该指标取决于，相机分辨率及视野（FOV） FOV ：100MM 500 象素 象素值 = 0 。2 MM机器视觉系统综合基础知识 第一节 三、获得完美图像的6大要素（1）：高系统精度 最佳视野（FOV）： 让视觉系统“关心”的部分尽可能“充满”视野。通俗来说，FOV越小越“好”。 相机分辨率相同视野越小系统精度越高 视野相同相机分辨率越高系统精度越高 适合的视野 不适合的视野 调整 系统关心的部分机器视觉系统综合基础知识 第一节 三、获得完美图像的6大要素(2)：清晰成象 确定图像中所要检测的部分处于清晰的焦距之内 当图像中检测部分不处于同一焦平面时，需要考虑镜头

28、的景深 注意：每一款镜头都有固定的“最短焦距” 注意：每一款镜头相对于固定的光圈，都有自己固定的景深 注意：缩小光圈可以加大景深。同时为保证正确曝光需要提高光强 注意：小光圈拍照，可以使图像获得更多“细节”，图像效果更好机器视觉系统综合基础知识 第一节 三、获得完美图像的6大要素(3)：避免畸变 在定位及高精度测量的系统中，镜头畸变的影响尤其重要 使用远心镜头 进行系统标定 真实世界 镜头畸变产生的图像机器视觉系统综合基础知识 第一节 三、获得完美图像的6大要素（4）：保持待测物体在成象中大小一致 在定位及识别系统中，这一点尤为重要 控制待测目标位置 相机拍照角度机器视觉系统综合基础知识 第一

29、节 三、获得完美图像的6大要素（5）：图像中待测部分反差最大化 对于一个视觉系统来说，“黑白分明”的图像才是好图像 选择适合的灯源 待测部分机器视觉系统综合基础知识 第一节 三、获得完美图像的6大要素（6）：恰当的照明与曝光 避免阴影 如果图像中待测区域处于阴影之下，图像将不能提供足够的反差，这将严重影响系统检测的精度 避免过亮 如果照明过亮，区域内亮部的光线会反射进暗部的区域，造成暗部区域内的细节损失 如果曝光过度，会产生CCD“溢出”现象 避免光线变化 如果照明系统发生明暗变化，会造成图像明暗变化。这将直接影响系统运行的稳定性 避免外界影响 注意系统周围环境的影响，如生产线上的照明系统、室

30、外阳光等等 可移动的人或物会遮挡系统照明机器视觉系统综合基础知识 第一节 三、获得完美图像的6大要素： 小结#1：获得完美图像的6大要素及控制因素 高系统精度。控制因素：视野、相机分辨率。 清晰成象。控制因素：镜头、灯源 避免畸变。控制因素：镜头、系统标定 保持待测物体在成象中大小一致。控制因素：视野、拍照角度、待测物位置 反差最大化。控制因素：灯源 恰当的照明与曝光。控制因素：灯源、镜头 小结#2：如何获得完美图像 选择适合的灯源、镜头、相机 学会如何使用、控制灯源、镜头、相机机器视觉系统综合基础知识 第一节 四、如何选择镜头（1）：技术因素 镜头与相机匹配 镜头接口是否为工业标准接口，C/

31、CS接口 镜头成象面是否=相机CCD尺寸。若相机CCD为1/2“，而镜头为1/3”，则该镜头与相机不匹配 系统工作空间 镜头最短焦距是否适合系统工作空间 注意镜头焦距与最短焦距间的关系 系统精度 获取最佳视野 镜头畸变对系统精度的影响 镜头分辨率对系统精度的影响 纵深成象 待测物纵深方向的成象是否在镜头景深范围之内 其他 超大、超小物体检测机器视觉系统综合基础知识 第一节 四、如何选择镜头（2）： 常见镜头分类 CCTV镜头 专业摄影镜头 远心镜头机器视觉系统综合基础知识 第一节 CCTV镜头 专业摄影镜头 远心镜头 价格 低 中 高 分辨率 低 （20L/MM） 中 （4080L/MM） 高

32、 畸变 高 中 低 焦距选择范围 广泛 25MM/75MM/50MM 广泛 25MM/75MM/50MM 狭窄 使用灵活性 高 中 低 适合应用 低精度测量/简单检测 标准精度测量/定位 高精度测量/纵深测量 四、如何选择镜头（3）：常见镜头对比机器视觉系统综合基础知识 如何选择灯源 如何选择相机 例题 项目评估的基本步骤 第二节 第二节 内容提要机器视觉系统综合基础知识 第二节 一、如何选择光源（1）：背光测量系统的最佳选择机器视觉系统综合基础知识 第二节 一、如何选择光源（2）：亮场最直接的照明 高角度照明机器视觉系统综合基础知识 第二节 一、如何选择光源（3）：暗场适合光滑表面的照明 低

33、角度照明机器视觉系统综合基础知识 第二节 一、如何选择光源（4）：结构光法最简便的三维测量 三维深度信息 激光或线性光源 固定角度照射机器视觉系统综合基础知识 第二节 一、如何选择光源（5）：影子的利用最不直接的测量 待测物长度信息 待测物高度信息机器视觉系统综合基础知识 第二节 一、如何选择光源（6）：同轴光昂贵的灯源 50% 分束片机器视觉系统综合基础知识 第二节 一、如何选择光源（7）：彩色的考虑 三原色。光的三原色：红、绿、蓝；色彩三原色：青、紫、黄 世界上所有颜色都是由三原色按不同比例组合而成 三原色的色光叠加为白光。如：日光 三原色的色彩叠加为黑色 红、绿、蓝三色为互补色。光照在物

34、体上，物体只反射与自身颜色相同的色光；不同色光照在互补色物体上完全不反光。如：红光照红色物体，黑白相机成象物体为白色；红光照绿色物体，黑白相机成象物体为黑色 光的三原色 色彩三原色机器视觉系统综合基础知识 第二节 一、如何选择光源（7）：彩色的考虑机器视觉系统综合基础知识 第二节 一、如何选择光源（8）：常用灯源分析 萤光灯 卤素灯+光纤导管 LED灯源 价格 低 高 中 亮度 低 高 中 稳定性 低 中 高 闪光装置 无 无 有 使用寿命 中 低 高 光线均匀度 高 中 低 多色光 无 无 有 复杂设计 低 中 高 温度影响 中 低 高机器视觉系统综合基础知识 第二节 系统精度要求与相机分辨

35、率： 相机分辨率（X方向）最佳视野范围（X方向）理论象素值（X方向） 相机分辨率（Y方向）最佳视野范围（Y方向）理论象素值（Y方向） 理论象素值的得出，要由系统精度及亚象素综合考虑 系统速度要求与相机成象速度： 系统单次运行速度= 系统成象速度+ 系统检测速度 异步触发 快门速度 二、如何选择相机（1）机器视觉系统综合基础知识 第二节 与视觉板卡相匹配： 视频信号的匹配。对于模拟信号相机来说，有两种格式，CCIR/RS170。通常采集卡都同时支持这两种相机。 分辨率的匹配。每款板卡都只支持某一分辨率范围内的相机。 特殊功能的匹配。如要使用相机的特殊功能，先确定所用板卡支持此功能。 接口的匹配。

36、确定相机与板卡的接口相匹配。如CAMERALINK，FIREWIRE1394等。 其他： 动态成象 色彩检测 超大目标检测 数字相机 二、如何选择相机（2）机器视觉系统综合基础知识 第二节 亚象素（Sub Pixel）的概念 亚象素：图像分析软件，可以使系统检测精度达到象素单位以下。如：1/2象素 亚象素对系统精度的影响 亚象素在相机选型中的应用 测量（边缘寻找算法） 定位（模版匹配算法） 瑕疵（斑点分析） 精度、速度及成本 分区取象 二、如何选择相机（3）机器视觉系统综合基础知识 第二节 根据现场的检测样品及教师提出的要求，完全系统硬件选型 灯源选型 镜头选型 相机选型 系统参数：视野、工作

37、距离等 三、例题（1）：题目机器视觉系统综合基础知识 第二节 选型步骤： 确定项目检测方向：测量、检测、定位。 确定项目检测要求：精度、速度、工作空间。 根据项目检测方向完成灯源选型 根据项目精度要求确定最佳视野 根据项目精度要求及工作空间要求完成镜头选型 确定某款镜头、工作距离、 根据项目精度要求及速度要求完成相机选型 考虑系统硬件成本 三、例题（2）：提示机器视觉系统综合基础知识 四、项目评估的基本步骤（1 ） 第二节 客户需求 系统精度要求 系统速度要求 检测项目条款 检测项目条款 条款名称及详细说明 系统工作空间要求 初步了解视觉系统允许的工作空间 系统速度要求 清楚了解整个系统的速度

38、要求 对于设备制造商，还需要了解整个设备的工作流程 系统工作空间要求 系统精度要求 详细记录每项条款的精度要求机器视觉系统综合基础知识 四、项目评估的基本步骤（2） 第二节 灯源选型 根据项目的检测条款，选用适合的灯源 镜头的选型 系统精度要求 系统工作空间要求 相机选型 系统精度要求 系统速度要求 项目评估 镜头选型 相机选型 灯源选型 项目试验 项目试验 系统搭建，灯源、镜头、相机 建立检测程序原型 记录试验结果，精度、检测时间机器视觉系统综合基础知识 四、项目评估的基本步骤（3） 第二节 条款回顾 根据项目的检测条款，逐条确定是否可以检测 精度回顾 根据项目的检测条款，逐条列出试验完成精

39、度 系统运行速度 记录试验中系统运行速度 评估报告 精度回顾 系统运行速度 条款回顾 系统硬件配置 系统硬件配置 记录系统硬件配置。灯源、镜头、工作距离、光圈、相机、快门速度、电脑配置等机器视觉系统综合基础知识 如何选用板卡 PC式系统概述 智能相机概述 视觉系统选型 视觉系统未来发展趋势 第三节 第三节 内容提要机器视觉系统综合基础知识 第三节 一、如何选用板卡（1） 什么是视觉板卡的软件包 由视觉厂家开发出的与其板卡产品相配套的视觉软件工具包 软件包的基本构成 图像处理工具。如边缘寻找、模版匹配等 图像预处理工具。如直方图、图像二直化等 其他工具。如图像缓冲区、画图工具等 为什么要使用软件

40、包 安全的软硬件匹配 节省开发周期 底层图像处理工具稳定可靠机器视觉系统综合基础知识 一、如何选用板卡（2） 第三节 什么样视觉板卡是“好”板卡 板卡硬件功能的对比 板卡软件包功能的对比 应用系统开发时限及功能 公司市场定位及经营方向机器视觉系统综合基础知识 一、如何选用板卡（3） 第三节 硬件功能对比 图像格式支持 分辨率支持 相机特殊功能支持 灯源控制 图像缓冲 其他机器视觉系统综合基础知识 一、如何选用板卡（4） 第三节 软件功能对比（1） 是否易于使用 硬件开发环境 开发环境的操作系统 开发语言 软件功能对比（2） 软件功能优劣 边缘寻找功能 目标定位功能 图像预处理功能 字符读取功能

41、（OCR） 数据读取功能 图像缓冲功能 实际应用功能 接口功能 其他辅助功能机器视觉系统综合基础知识 应用系统开发时限及功能 一、如何选用板卡（5） ： 第三节 系统功能 开发时限 技术支持 人力资源 综合分析 最后决定机器视觉系统综合基础知识 第三节 一、如何选用板卡（6） 公司市场定位及经营方向 系统开发成本 开发硬件成本 开发人力资源成本 系统销售价格 系统市场前景 未来几年内的整体市场预测 年销售额预测 市场竞争状况 板卡及软件包技术优势 与竞争对手相比，各自的技术优劣 软件包更新换代机器视觉系统综合基础知识 二、PC式系统概述 第三节 待测目标 CCD 相机 镜头 灯源 图像采集 卡

42、 电脑系统 PCI 地址 总线 灯源控制 信号 相机控制 信号 及电源 模拟图像 信号 数字图像 信号机器视觉系统综合基础知识 三、智能相机的概述 第三节 智能相机（Smart Camera） 嵌入式视觉系统（Embedded Vision System），或叫视觉传感器（Vision Sensor）。大约于十年前出现在市场上 “嵌入”机器视觉系统综合基础知识 四、视觉系统选型 第三节 PC式视觉系统 嵌入式视觉系统 检测速度 强 弱 测量精度 强 弱 多相机支持 强 弱 闪光装置 强 弱 相机功能支持 强 弱 用户化功能支持 强 弱 复杂运算 强 弱 系统成本 弱 强 工作空间 弱 强 操作

43、难度 弱 强 集成能力 弱 强 稳定性 弱 强机器视觉系统综合基础知识 五、机器视觉未来发展趋势 第三节 嵌入式视觉系统代表着机器视觉未来发展的主流 嵌入式视觉系统= 数码相机+ 处理器+ 视觉软件包 新的通讯方式，USB、FIREWIRE1394、TCP/IP/等，使嵌入式视觉系统的通讯越来越简单方便。最终使嵌入式视觉系统克服难以支持多相机的缺陷 体积小巧、设计灵活，使得嵌入式视觉系统可以以多种产品形式出现 随着无线网络技术的普及，嵌入式视觉系统终将发展成为完全的脱机系统由电池提供动力，通过无线网络转送信号。 PC式视觉系统 随着微行计算机硬件水平的飞速成发展，或许将来PC式视觉系统可以在P

44、DA上运行 随着网络数据传输速度的提高，及CPU处理器的性能飞速发展，目前视觉系统独立工作模式，或会演变成为一种中心控制模式。相机与网络中的一台中心视觉系统相联，中心系统根据每个相机的具体情况分别发出指令 。机器视觉系统综合基础知识 应用系统软件模块 通讯接口 检测模块程序基本流程 电脑硬件 第四节 第四节 内容提要机器视觉系统综合基础知识 第四节 用户主界面： 相机实时拍照图像 系统实时分析情况图像 一、应用系统软件模块（1）机器视觉系统综合基础知识 第四节 一、应用系统软件模块（2） 用户主界面： 检测结果 被测产品批量信息 检测结果统计 PASS / FAIL BGA_90*90机器视觉

45、系统综合基础知识 第四节 一、应用系统软件模块（3） 基本功能模块 视觉系统 工作包模块 图像参数设定模块 图像检测模块 报表模块 数据分析模块 图像资源管理模块 图像检测模块 系统培训模块 参数设定模块 用户管理模块 报表参数设定模块 数据分析参数设定模块 用户参数设定模块 通讯控制模块机器视觉系统综合基础知识 第四节 二、通讯接口（1） 输入信号1（SOT） （控制中心视觉系统） 输出信号1(Busy) （视觉系统控制中心） 输出信号2(Result) （视觉系统控制中心） 输入信号1（SOT）：设备将待测物放置在视觉系统的检测视野下，发出此信号通知系统可以开始检测。 输出信号1(Busy

46、)：视觉系统收到SOT信号后对等测物进行拍照，之后向设备发出此信号，通知设备拍照完毕 输出信号2(Result)：当视觉系统完成检测后向设备发出此信号，通知设备此被测物的检测结果（Pass/Fail） a b d e 驳回（Fail） 通过（Pass） c f 基本I/O通讯机器视觉系统综合基础知识 第四节 二、通讯接口（2） RS232 普遍应用于电脑与电脑、电脑与PLC或与其他设备之间的数据通讯 稳定、速度可被接受 TCP/IP 适用于远距离数据通讯 速度实时性不强机器视觉系统综合基础知识 第四节 三、检测模块程序基本流程 开始 等待SOT SOT ？ 开BUSY 结果信号重置 检测项目#1 正品？ 检测项目#2 输出驳回信号 正品 ？ 输出通过信号 关BUSY机器视觉系统综合基础知识 第四节 四、电脑硬件（1） CPU 目前多数PC视觉系统程序都是在电脑的CPU上运行，因此CPU的速度越高越好 内存 目前多数PC视觉系统程序都是占用电脑内存，因此内存越大越好 硬盘 无特别要求机器视觉系统综合基础知识 第四节 四、电脑硬件（2） 通讯接口 在系统通讯结构非常复杂的情况下，需注意电脑的常用通讯接口，如RS232，TCP/IP，是否足够 电源 通常系统中相机、板卡的电源都由电脑主机供给。因此建议使用工业级电脑电源 PCI接口 在系统需要多板卡情况下，需注意电脑中PCI插槽是否足够