《機(jī)器視覺(jué)介紹》PPT課件.ppt

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1、 機(jī)器視覺(jué)技術(shù) Machine Vision 1 主講人： 電 話： 郵 箱： 2 引言 機(jī)器視覺(jué)介紹 自動(dòng)化設(shè)備 汽車工業(yè) 消費(fèi)品 電子產(chǎn)品 食品飲料 /包裝 醫(yī)藥行業(yè) 機(jī)器視覺(jué) 處理速度快 檢測(cè)精度高 非接觸測(cè)量 1 工業(yè)相機(jī) -概述 3 工業(yè)相機(jī) 用于獲取圖像 傳感器選擇 傳感器結(jié)構(gòu) 輸出信號(hào) CCD CMOS 面陣相機(jī) 線陣相機(jī) 數(shù)字相機(jī) 模擬相機(jī) 圖像 黑白相機(jī) 彩色相機(jī) 1.1 工業(yè)相機(jī) -接口 /輸出方式 USB(USB2.0/USB3.0) IEEE 1394（ Firewire） GigE CameraLi

2、nk 模擬信號(hào)（ BNC、 S端子）：需要圖像采集卡 (PAL、 NTSC等 )。 1.1 工業(yè)相機(jī) -接口 USB IEEE 1394 GigE CameraLink 特點(diǎn) 易用，價(jià)格低 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，易 用，價(jià)格低， CPU占用最低 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，易用 ，價(jià)格低，傳輸 距離遠(yuǎn) 帶寬高，抗干擾能 力強(qiáng)，需采集卡 速率 /距離 38MB/S， 5M 32-64MB/S 10M 100MB/S 100M 680MB/S， 10M 相機(jī)個(gè)數(shù) 127 63 無(wú)限制 1 PAL 25幀 /秒， 625線 /場(chǎng) 720X576 NTSC 30幀 /秒， 525線 /場(chǎng) 720X480 1

3、.1 工業(yè)相機(jī) -接口 1.2 工業(yè)相機(jī) -CCD/CMOS 串 行 讀 出 寄 存 器 感 光 元 件 電 荷 轉(zhuǎn) 換 及 放 大 光 電 二 極 管 行 解 碼 器 模 /數(shù) 轉(zhuǎn) 換 輸 出 放 大 器 行 選 擇 開(kāi) 關(guān) CCD CMOS CCD：感光元件將光 強(qiáng)轉(zhuǎn)為電荷，形成電荷包 ，在后驅(qū)脈沖作用下轉(zhuǎn)移 、放大輸出圖像信號(hào)。 CMOS：將光敏感陣列、圖像 信號(hào)放大器、信號(hào)讀取電路、 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、控制器集成在 一塊芯片上，還具有局部像素 隨機(jī)訪問(wèn)的優(yōu)點(diǎn)。 1.2 工業(yè)相機(jī) -CCD/CMOS CCD和 CMOS優(yōu)缺點(diǎn) 抑噪能力強(qiáng)、靈敏度高、 圖像還原度

4、高，低電壓 、低功耗 高度集成、傳輸速度快、 動(dòng)態(tài) AOI、適用高分辨率 、高速場(chǎng)合 相對(duì)于 CMOS耗電量大、 工藝復(fù)雜、成本高 抗干擾能力差，成像還 原度差于 CCD CCD CMOS 1.3 工業(yè)相機(jī) -傳感器結(jié)構(gòu)特性 面 陣 相機(jī) 感光單元按二維陣列排列 每次拍攝對(duì)一個(gè)面進(jìn)行曝 光成像 傳感器的結(jié)構(gòu)特性 線陣 相機(jī) 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(jī)的相對(duì) 運(yùn)動(dòng)，相機(jī)連續(xù)曝光形 成一幅二維圖像，適用于 目標(biāo)物體幅面較大或缺陷 尺寸微小的場(chǎng)合 1.4 工業(yè)相機(jī) -分辨率和尺寸 傳感器 傳感器尺寸

5、 水平分辨率 垂直分辨率 尺寸通常以有效面積或 對(duì)角線尺寸（英寸）表 示 1 相機(jī)分辨率 =水平分辨 率 X垂直分辨率 1 1.4 工業(yè)相機(jī) -分辨率和尺寸 對(duì)角線 1 2/3 1/1.8 1/2 1/2.7 1/3 1/4 有效 面積 12.89.6 8.86.6 7.185.32 6.44.8 5.273.96 4.83.6 3.62.7 分辨率 659494 782582 1034779 13921040 16281236 徆顯然，單個(gè)像素面積越小，單位面積內(nèi)的像素?cái)?shù)量就 越多，攝像機(jī)的分辨率就越高，但是，隨著像素面積的 縮小，每個(gè)像素能夠儲(chǔ)存的電荷數(shù)量也隨之減少，造

6、成 相機(jī)動(dòng)態(tài)范圍和感光度降低。 因此，在分辨率允許的情冴下，選擇像素尺寸大的相機(jī) 會(huì)有較大的動(dòng)態(tài)范圍和較高的感光度，但是隨之而來(lái)產(chǎn) 生的噪聲也會(huì)加大。 1.5 工業(yè)相機(jī) -像素時(shí)鐘 /最大行頻 /最大幀率 像素時(shí)鐘： CCD中像素輸出的節(jié)拍； 最大行頻：線陣相機(jī)每秒鐘能夠輸出的最大行數(shù)； 最大幀率：面陣相機(jī)每秒鐘能夠采集并輸出的最大幀數(shù)； 像素時(shí)鐘越高最大行頻或者幀率越高，但是噪聲也會(huì)加大， 影響低照度環(huán)境下的性能 2 如何選擇合適的工業(yè)相機(jī) 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

7、機(jī)水平分辨率 =拍攝視野水平尺寸 /檢測(cè)精度 相機(jī)垂直分辨率 =拍攝視野垂直尺寸 /檢測(cè)精度 一般來(lái)講，分辨率越高幀率 越小 3 鏡頭基礎(chǔ)知識(shí)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(jié)構(gòu)，產(chǎn) 生銳利的圖像。 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要是光圈調(diào)節(jié)環(huán)和調(diào)焦環(huán)，接口主要由常見(jiàn)的 C口、 CS口。 3.1 鏡頭相關(guān)參數(shù) 焦距 物距（工作距離） 視野（視場(chǎng)范圍） 視場(chǎng)角 相對(duì)孔徑 光圈數(shù) 3.2 鏡頭焦距 被 測(cè) 物 像 f f 焦距：鏡頭光學(xué)后主點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離。 由上圖可以看出焦距越長(zhǎng)成像也就越大。 常用的工業(yè)鏡頭： 5mm， 8mm

8、， 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(jī)械裝置。 圖像的成像照度不光圈的直徑 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(duì)通光孔徑，他的 倒數(shù) f/D就被成為光圈數(shù)，也叫 F數(shù)，如果鏡頭的相對(duì)孔徑 是 1:2，那么他的光圈就是 F2.0； 相對(duì)孔徑越小，則光圈數(shù)越大，在單位時(shí)間內(nèi)的通光 量也越大。 3.4 景深 當(dāng)鏡頭聚集于被測(cè)物表面時(shí)，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(nèi)的景物也能 清晰的成像，這個(gè)縱深范圍就被稱為景深。 拍攝距

9、離越遠(yuǎn)，景深越大，焦距越長(zhǎng)，景深越小，光圈 越大，景深越小。 被 測(cè) 物 像 f f 3.5 視場(chǎng)角 ) 2 a r c t a n ( f d w 當(dāng) f一定時(shí)，市場(chǎng)角越大成像 也就越大，當(dāng) d一定時(shí)，焦距越 長(zhǎng)，視場(chǎng)角就越少。 3.6 工作波長(zhǎng) 光學(xué)鏡頭都是針對(duì)一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光波工作，自物面發(fā)出的光 波，在此波長(zhǎng)范圍內(nèi)的，能夠通過(guò)鏡頭在像面上成一清晰像，而且 能量衰減較??；而在此范圍外的光波，則難以校正像差，成像質(zhì)量 差，分辨率低，而且能量衰減很大，甚至被光學(xué)介質(zhì)材料所吸收， 完全丌能通過(guò)鏡頭。 3.6 分辨率 定義：鏡頭在單位毫米內(nèi)能夠分

10、辨開(kāi)的黑白相同的條紋對(duì)數(shù)。 FfD 22.1/22.1 分辨率為 1/2d，單位為 lp/mm (線對(duì) /毫米 ) FN 22.1 11 理想鏡頭的分辨率完全由相對(duì)孔徑所 決定，相對(duì)孔徑越大， F越小，分辨 率就越高。 3.7 鏡頭產(chǎn)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(diǎn)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(diǎn)上，使圖像的生成更加迅速，但是其代價(jià)就是引入畸 變 。 解決辦法： 1、采用攝像機(jī)標(biāo)定； 2、采用遠(yuǎn)心鏡頭； 3.8 如何選擇合適的鏡頭 遠(yuǎn)心鏡頭 接口（

11、 C/CS） 有 時(shí) 需要 轉(zhuǎn) 接 環(huán) 焦距的選擇 )(/*)( )(/*)( he ightC C D s e ns orWDhe ightF O Vf w id t hC C D s e ns orWDw id t hF O Vf 4 照明系統(tǒng) 作用：以合適的方式將光線投射到被測(cè)物上，突出待 測(cè)特征部分的對(duì)比度。 性能 白熾燈 氙燈 LED光源 壽命（ kh） 5-7 約 1-3 60-100 響應(yīng)速度 慢 慢 快 亮度 較亮 亮 可調(diào) 特性 發(fā)熱嚴(yán)重、壽命短 、易老化、能 量轉(zhuǎn)換率低 價(jià)格便宜、照明面 積大、光譜分 布丌均勻、壽 命短 壽命長(zhǎng)、相應(yīng)速 度快、幾乎

12、無(wú) 老化、功耗小 、發(fā)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(chǎn)生的泛光 4.4 照明方式 光線控制薄膜：將散射光轉(zhuǎn)為 平行光。 條形光：常用語(yǔ) 45度角正向照明，是一種尺 寸檢測(cè)，外觀檢測(cè)經(jīng)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(jī)器視覺(jué)檢測(cè) 的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性。 4.7 環(huán)形 LED光源 環(huán)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(xiàn)被 測(cè)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(jī)項(xiàng)目。 4.10 電源 /控制器 電源：提供光源電源，提供光源亮度調(diào)節(jié)。 使用光源電源可以提升光源照明亮度的穩(wěn)定 性和使用壽命。 光源頻閃控制器：根據(jù)輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn)光源的 頻閃控制，可以大大提升 LED光源的使用壽 命。 5 VisonPro介紹 提供一種快速的機(jī)器視覺(jué)圖像處理方案。 5.1 VisionPro 5.2 VisionPro 5.3 幾何圖案匹配和檢驗(yàn)（ PatMax）