機器視覺技術

MachineVision1主講人：電話：郵箱：2引言機器視覺介紹自動化設備汽車工業消費品電子產品食品飲料/包裝醫藥行業……機器視覺處理速度快檢測精度高非接觸測量1工業相機-概述3工業相機用于獲取圖像傳感器選擇傳感器結構輸出信號CCDCMOS面陣相機線陣相機數字相機模擬相機圖像黑白相機彩色相機1.1工業相機-接口/輸出方式USB(USB2.0/USB3.0)IEEE1394（Firewire）GigECameraLink模擬信號（BNC、S端子）：需要圖像采集卡(PAL、NTSC等)。1.1工業相機-接口USBIEEE1394GigECameraLink特點易用，價格低標準協議，易用，價格低，CPU占用最低標準協議，易用，價格低，傳輸距離遠帶寬高，抗干擾能力強，需采集卡速率/距離38MB/S，5M32-64MB/S10M100MB/S

100M680MB/S，10M相機個數12763無限制1PAL25幀/秒，625線/場720X576NTSC30幀/秒，525線/場720X4801.1工業相機-接口1.2工業相機-CCD/CMOSCCDCMOSCCD：感光元件將光強轉為電荷，形成電荷包，在后驅脈沖作用下轉移、放大輸出圖像信號。CMOS：將光敏感陣列、圖像信號放大器、信號讀取電路、模數轉換電路、控制器集成在一塊芯片上，還具有局部像素隨機訪問的優點。1.2工業相機-CCD/CMOSCCD和CMOS優缺點抑噪能力強、靈敏度高、圖像還原度高，低電壓、低功耗高度集成、傳輸速度快、動態AOI、適用高分辨率、高速場合相對于CMOS耗電量大、工藝復雜、成本高抗干擾能力差，成像還原度差于CCDCCDCMOS1.3工業相機-傳感器結構特性面陣相機感光單元按二維陣列排列每次拍攝對一個面進行曝光成像傳感器的結構特性線陣相機感光單元排列是一維的每次曝光僅是一條線成像，隨著物體和攝像機的相對運動，相機連續曝光形成一幅二維圖像，適用于目標物體幅面較大或缺陷尺寸微小的場合1.4工業相機-分辨率和尺寸傳感器傳感器尺寸水平分辨率垂直分辨率尺寸通常以有效面積或對角線尺寸（英寸）表示1相機分辨率=水平分辨率X垂直分辨率111.4工業相機-分辨率和尺寸對角線1〞2/3〞1/1.8〞1/2〞1/2.7〞1/3〞1/4〞有效面積12.8×9.68.8×6.67.18×5.326.4×4.85.27×3.964.8×3.63.6×2.7分辨率659×494782×5821034×7791392×10401628×1236

很顯然，單個像素面積越小，單位面積內的像素數量就越多，攝像機的分辨率就越高，但是，隨著像素面積的縮小，每個像素能夠儲存的電荷數量也隨之減少，造成相機動態范圍和感光度降低。因此，在分辨率允許的情況下，選擇像素尺寸大的相機會有較大的動態范圍和較高的感光度，但是隨之而來產生的噪聲也會加大。1.5工業相機-像素時鐘/最大行頻/最大幀率像素時鐘：CCD中像素輸出的節拍；最大行頻：線陣相機每秒鐘能夠輸出的最大行數；最大幀率：面陣相機每秒鐘能夠采集并輸出的最大幀數；像素時鐘越高最大行頻或者幀率越高，但是噪聲也會加大，影響低照度環境下的性能2如何選擇合適的工業相機

選擇品牌幀率的選擇分辨率的選擇接口的選擇黑白？彩色？面陣？線陣？CCD？CMOS？相機水平分辨率=拍攝視野水平尺寸/檢測精度相機垂直分辨率=拍攝視野垂直尺寸/檢測精度一般來講，分辨率越高幀率越小3鏡頭基礎知識及選型鏡頭的作用：集聚光線，使成像單元能獲取清晰的影像結構，產生銳利的圖像。調節機構主要是光圈調節環和調焦環，接口主要由常見的C口、CS口。3.1鏡頭相關參數焦距物距（工作距離）視野（視場范圍）視場角相對孔徑光圈數3.2鏡頭焦距焦距：鏡頭光學后主點到焦點的距離。由上圖可以看出焦距越長成像也就越大。常用的工業鏡頭：5mm，8mm，12mm，25mm，35mm，

50mm，75mm等等。3.3光圈光圈：鏡頭中可以改變中間孔大小的機械裝置。圖像的成像照度與光圈的直徑D的平方成正比，于鏡頭的焦距成反比，D/f被稱為鏡頭的相對通光孔徑，他的倒數f/D就被成為光圈數，也叫F數，如果鏡頭的相對孔徑是1:2，那么他的光圈就是F2.0；相對孔徑越小，則光圈數越大，在單位時間內的通光量也越大。3.4景深當鏡頭聚集于被測物表面時，同一表面上的都能在CCD上清晰成像，這一表面前后一定范圍內的景物也能清晰的成像，這個縱深范圍就被稱為景深。拍攝距離越遠，景深越大，焦距越長，景深越小，光圈越大，景深越小。3.5視場角當f一定時，市場角越大成像也就越大，當d一定時，焦距越長，視場角就越少。3.6工作波長光學鏡頭都是針對一定波長范圍內的光波工作，自物面發出的光波，在此波長范圍內的，能夠通過鏡頭在像面上成一清晰像，而且能量衰減較小；而在此范圍外的光波，則難以校正像差，成像質量差，分辨率低，而且能量衰減很大，甚至被光學介質材料所吸收，完全不能通過鏡頭。

3.6分辨率定義：鏡頭在單位毫米內能夠分辨開的黑白相同的條紋對數。分辨率為1/2d，單位為lp/mm(線對/毫米)理想鏡頭的分辨率完全由相對孔徑所決定，相對孔徑越大，F越小，分辨率就越高。

3.7鏡頭產生的畸變鏡頭一般用于聚集光線，讓足夠多的光線能夠收斂聚焦到投影點上，這就必須使用大面積且彎曲的透鏡，透鏡可以聚集足夠多的光線到某一點上，使圖像的生成更加迅速，但是其代價就是引入畸變。解決辦法：1、采用攝像機標定；

2、采用遠心鏡頭；3.8如何選擇合適的鏡頭

遠心鏡頭接口（C/CS）有時需要轉接環焦距的選擇4照明系統作用：以合適的方式將光線投射到被測物上，突出待測特征部分的對比度。性能白熾燈氙燈LED光源壽命（kh）5-7約1-360-100響應速度慢慢快亮度較亮亮可調特性發熱嚴重、壽命短、易老化、能量轉換率低價格便宜、照明面積大、光譜分布不均勻、壽命短壽命長、相應速度快、幾乎無老化、功耗小、發熱小4.1照明方式4.2照明方式4.3照明方式作用：去除照明產生的泛光4.4照明方式光線控制薄膜：將散射光轉為平行光。條形光：常用語45度角正向照明，是一種尺寸檢測，外觀檢測經常用的一種照明方式4.5條形光4.6同軸光同軸光：照明更加均勻，提高機器視覺檢測的準確性和重現性。4.7環形LED光源環形光：直接照射，是一種低成本，易于集成的解決方案。4.8背光源背光源：均勻度高，厚度較薄，完美呈現被測物的輪廓。4.9線性光源線性光源：高亮度線掃描光源，用于線陣相機項目。4.10電源/控制器電源：提供光源電源，提供