机器视觉系统原理及基础知识.ppt
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1、机器机器视觉系系统原原理及基理及基础知知识主主主主讲讲人:人:人:人:王王王王亚鹏亚鹏2005.102005.10中国大恒(集中国大恒(集中国大恒(集中国大恒(集团团)有限公司北京)有限公司北京)有限公司北京)有限公司北京图图像像像像视觉视觉技技技技术术分公司分公司分公司分公司1.1.机器机器视觉系系统基本原理基本原理2.2.照明光源照明光源3.3.镜头4.4.工工业摄像机像机5.5.图像采集像采集/处理卡理卡6.6.图像像处理系理系统 第第1章章 机器视觉系统基本原理机器视觉系统基本原理1.1 机器机器视觉系系统的原理的原理1.2 机器机器视觉系系统与人的与人的视觉的的对比比1.3 机器机器
2、视觉系系统的构成的构成1.1 机器机器视觉系系统的原理的原理l 机器视觉系统的目的就是给机器或自动生产线添加一套视觉系统,其原理是由计算机或图像处理器以及相关设备来模拟人的视觉行为,完成得到人的视觉系统所得到的信息。人的视觉系统是由眼球、神经系统及大脑的视觉中枢构成,计算机视觉系统则是由图像采集系统、图像处理系统及信息综合分析处理系统构成。1.1 机器机器视觉系系统的原理的原理l图像处理技术l彩色图像转换技术l图像分割技术l模式识别技术l数学形态学方法l专家系统及人工智能技术l视觉神经网络技术l小波分析技术l分形学方法1.2 机器视觉系统与人的视觉的对比机器视觉系统与人的视觉的对比人类视觉机器
3、视觉适应性适应性强,可在复杂及变化的环境中识别目标适应性差,容易受复杂背景及环境变化的影响智能具有高级智能,可运用逻辑分析及推理能力识别变化的目标,并能总结规律虽然可利用人工智能及神经网络技术,但智能很差,不能很好地识别变化的目标彩色识别能力对色彩的分辨能力强,但容易受人的心理影响,不能量化受硬件条件的制约,目前一般的图像采集系统对色彩的分辨能力较差,但具有可量化的优点灰度分辨力差,一般只能分辨64个灰度级强,目前一般使用256灰度级,采集系统可具有10bit、12bit、16bit等灰度级空间分辨力分辨率较差,不能观看微小的目标目前有4K4K的面阵摄像机和8K的线阵摄像机,通过备置各种光学镜
4、头,可以观测小到微米大到天体的目标速度0.1秒的视觉暂留使人眼无法看清较快速运动的目标快门时间可达到10微妙左右,高速像机帧率可达到1000以上,处理器的速度越来越快感光范围400nm-750nm范围的可见光从紫外到红外的较宽光谱范围,另外有X光等特殊摄像机环境要求对环境温度、湿度的适应性差,另外有许多场合对人有损害对环境适应性强,另外可加防护装置观测精度精度低,无法量化精度高,可到微米级,易量化其它主观性,受心理影响,易疲劳客观性,可连续工作1.3 机器视觉系统的构成机器视觉系统的构成1.1.照明光源照明光源2.2.镜头3.3.工工业摄像机像机4.4.图像采集像采集/处理卡理卡5.5.图像像
5、处理系理系统6.6.其它外部其它外部设备第第2章章照明光源照明光源2.照明光源照明光源 在我国国家标准GB 569885中,颜色定义为:“色是光作用于人眼引起除形象以外的视觉特性”。既:颜色是一种光学现象,是光刺激人眼的结果,有光才有色。彩色也是一种心理感觉,它与照明光源的辐射能力分布及观看者的视觉生理结构有关。人眼可以感知的光谱范围为380nm-780nm,但人感知一个物体的颜色一般是指在日光照明的环境下所显示的色彩,对于同一物体在不同光线的照射下人会感觉到不同的色彩,可见光源对于正确认知物体的色彩是至关重要的。2.照明光源照明光源 简单视功能原理:人眼视网膜里存在着大量光敏细胞,按其形状可
6、分为杆状和锥状两种。杆状光敏细胞的灵敏度极高,主要靠它在低照度时辨别明暗,但它对彩色是不敏感的;而锥状细胞既可辨别明暗,也可辨别彩色。白天的视觉过程主要靠锥状细胞来完成,夜晚视觉则由杆状细胞起作用。所以在较暗处无法辨别彩色。2.照明光源照明光源三原色学说:该学说认为在视网膜上分布有三种不同的视锥细胞,分别含有对红(700nm)、绿(546.1nm)、蓝(435.8nm)三种光敏感的视色素;当某一定波长的光线作用于视网膜时,以一定的比例使三种视锥细胞分别产生不同程度的兴奋,这样的信息传至中枢,就产生某一种颜色的感觉。2.照明光源照明光源所以,当我们用某光源照明时,若光源只发出三条人眼最敏感的谱线
7、,即:蓝、绿、红。这样似乎是达到了人眼对照明的需求和防止了人眼无法察觉和有害射线对人眼视力的影响。但我们由前面提到的,物体只能反射和透射与该物体颜色相同的光线,因此上面我们假设的光源的显色性一定是很差的。2.照明光源主要参数照明光源主要参数l光源的光谱分布:对于色彩检测的应用,应选择与日光接近的光源,光谱要宽,而且连续。光源照射在物体上,物体所产生的颜色效果要客观、真实,既光源的显色性好。其它场合可使用各种单色光和特殊光源。2.照明光源主要参数照明光源主要参数l色温,单位是开尔文(K):当光源所发出的光的颜色与“黑体”在某一温度下辐射的颜色相同时,“黑体的温度就称为该光源的色温。“黑体”的温度
8、越高,光谱中蓝色的成分则越多,而红色的成分则越少。例如:白炽灯的光色是暖白色,其色温为2700K左右,而日光色荧光灯的色温则是6400K左右。白炽灯的色温一般在2700K左右、日光灯的色温在2700-6400K左右、钠灯的色温在2000K左右2.照明光源主要参数照明光源主要参数l照度:单位被照面上接收到的光通量称为照度。如果每平方米被照面上接收到的光通量为1(lm),则照度为1(lx)。单位:勒克斯(lx或Lux)。1勒克斯(lx)相当于每平方米被照面上光通量为1流明(lm)时的照度。在高速运动条件下拍摄图像,曝光时间很短,只有高亮度的光源才能得到足够亮度的图像。l夏日阳光下 100000Lu
9、x l阴天室外 10000Luxl电视台演播室 1000Lux l距60W台灯60cm桌面 300Luxl室内日光灯 100Lux l黄昏室内 10Luxl20cm处烛光 10-15Lux l晴朗的月夜地面照度约0.2 lx2.照明光源主要参数照明光源主要参数l寿命。光源的半衰期要长,且在半衰期内,光谱稳定,亮度衰减小。l发热特性。光源的工作温度要低,避免高温损坏被检测物。l信噪比高,抗干扰能力强。l闪烁频率,交流、直流。l外形尺寸,便于安装。2.照明光源分类照明光源分类l按照射方式可分为四大类按照射方式可分为四大类:l背向照明l前向照明l结构光l频闪照明。各种照明方式:平面照明、环形光源、同
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