机器视觉介绍.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,）,GigE,CameraLink,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,USB,IEEE 1394,GigE,CameraLink,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,，,5M,32-64MB/S,10M,100MB/S,100M,680MB/S,，,10M,相机个数,127,63,无限制,1,PAL,25,帧,/,秒，,625,线,/,场,720X576,NTSC,30,帧,/,秒，,525,线,/,场,720X480,1.1,工业相机,-,接口,1.2,工业相机,-CCD/CMOS,CCD,CMOS,C,CD,：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。,C,MOS,：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,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,C,CD,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,传感器的结构特性,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,对角线,1,2/3,1/1.8,1/2,1/2.7,1/3,1/4,有效,面积,12.8,9.6,8.8,6.6,7.18,5.32,6.4,4.8,5.27,3.96,4.8,3.6,3.6,2.7,分辨率,659,494,782,582,1034,779,1392,1040,1628,1236,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,),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。,性能,白炽灯,氙灯,LED,光源,寿命（,kh,）,5-7,约,1-3,60-100,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,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！,