机器视觉系统概述.pdf

机器视觉系统概述机器视觉系统概述 大恒图像于跃 概要 中国大恒中国大恒中国大恒中国大恒（集团集团集团集团）简介简介简介简介 ?成立于成立于成立于成立于1987198719871987年年年年?成立于成立于成立于成立于1987198719871987年年年年 ?由中国科学院创建由中国科学院创建由中国科学院创建由中国科学院创建 ?国家火炬计划重点高新技术企业国家火炬计划重点高新技术企业国家火炬计划重点高新技术企业国家火炬计划重点高新技术企业 概要 大恒图像大恒图像大恒图像大恒图像 ? 成立于成立于成立于成立于1991199119911991年年年年，是中国大恒是中国大恒是中国大恒是中国大恒（集团集团集团集团）的下属子公司的下属子公司的下属子公司的下属子公司 ? 自主研发自主研发自主研发自主研发、技工贸一体技工贸一体技工贸一体技工贸一体 ? 公司专注于计算机图像视觉领域的相关技术公司专注于计算机图像视觉领域的相关技术公司专注于计算机图像视觉领域的相关技术公司专注于计算机图像视觉领域的相关技术 ? 视觉及图像处理设备和部件视觉及图像处理设备和部件视觉及图像处理设备和部件视觉及图像处理设备和部件面向开发商面向开发商面向开发商面向开发商，集成商集成商集成商集成商， OEMOEMOEMOEM客户客户客户客户 ? 视觉及图像处理系统和方案视觉及图像处理系统和方案视觉及图像处理系统和方案视觉及图像处理系统和方案面向最终用户面向最终用户面向最终用户面向最终用户 ? 公司产品公司产品公司产品公司产品 ? 自主研发的机器视觉产品自主研发的机器视觉产品自主研发的机器视觉产品自主研发的机器视觉产品 ? 代理国外的计算机视觉和图像处理产品代理国外的计算机视觉和图像处理产品代理国外的计算机视觉和图像处理产品代理国外的计算机视觉和图像处理产品 ? 提供各种机器视觉系统提供各种机器视觉系统提供各种机器视觉系统提供各种机器视觉系统 概要 ?机器视觉系统的概述机器视觉系统的概述机器视觉系统的概述机器视觉系统的概述 ?照明光源照明光源照明光源照明光源 ?光学镜头光学镜头光学镜头光学镜头 ?工业相机工业相机工业相机工业相机 机器视觉系统概述 ?机器视觉系统是基于机器视觉技术为机器或自动 化生产线建立的一套视觉系统。 ?被广泛应用在生产制造等行业。可用来保证产品 质量、控制生产流程、感知环境等质量、控制生产流程、感知环境等。 机器视觉系统概述 优势 ?空间分辨力，通过配置各种光学镜头可以观测 小到微米，大到天体的目标。 ?速度，相机快门时间可达微秒级，高速相机帧 率可达1000以上。 ?感光范围，从紫外到红外很宽的光谱范围，还 有X光特殊相机。 机器视觉系统概述 ?环境要求，对对环境适应性强，可以加防护装 置。 ?灰度分辨力，目前一般多使用8bit，256灰度等 级采集系统可以具有10bit12bit16bit等灰级，采集系统可以具有10bit，12bit，16bit等灰 度等级。 ?非接触测量。 机器视觉系统概述 机器视觉系统常见应用 ?监控 ?检测?检测 ?测量 ?定位 ?识别 机器视觉系统概述 机器视觉系统应用领域 ? 半导体 ? 汽车制造 ? 监控 ? 交通 汽车制造 ? 电子部件设备 ? 印刷 ? 食品药品 ? 遥感 ? 玻璃业 ? 新能源 机器视觉系统概述 机器视觉系统构成 常见的组成部分包括两大部分 ?图像获取：照明光源，光学镜头，工业相机， 图像采集卡图像采集卡。 ?图像处理：图像处理软件。 照明光源 照明光源照明光源 照明光源 目的 ?将被测物体与背景尽量明显分别，获得 高品质、高对比度的图像。 重要性 ?直接影响处理精度和速度，甚至系统的 成败。 照明光源 高频荧光灯 卤素灯 LED灯 照明光源 照明光源 两种常见正向打光方式 暗视野暗视野暗视野暗视野亮视野亮视野亮视野亮视野 照明光源 两种常见正向打光方式 暗暗暗暗视野视野视野视野亮视野亮视野亮视野亮视野 照明光源 低角度 照明光源 前向光前向光前向光前向光 照明光源 照明光源 背光 照明光源 白色光白色光白色光白色光 (混合色混合色混合色混合色) 蓝色蓝色蓝色蓝色 白色光白色光白色光白色光 照射物照射物照射物照射物 (混合色混合色混合色混合色) 其它颜色其它颜色其它颜色其它颜色 被吸收被吸收被吸收被吸收 照射物照射物照射物照射物 (混合色混合色混合色混合色) 照明光源 白光白光白光白光红红红红光光光光 蓝光蓝光蓝光蓝光绿光绿光绿光绿光 光学镜头 印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测 光学镜头光学镜头 光学镜头 印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测?分辨率 ?焦距 ?景深 ?兼容芯片尺寸 ?远心 ?畸变 光学镜头 印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测 镜头兼容芯片尺寸和相机芯片尺寸关系 光学镜头 印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测 镜头畸变 ?筒形畸变 ?枕形畸变 光学镜头 印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测 景深 光学镜头 印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测 放大率 物距 焦距 llyy/ / = )/11 (+= fl )/11/(+=lf 光学镜头 印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测 工业相机 印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测 工业相机工业相机 工业相机 印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测 工业相机有多种类型 常见的分类方式如下 ?黑白相机和彩色相机 ?面阵相机和线阵相机 ?CCD相机和CMOS相机 ?模拟相机，数字相机，智能相机 工业相机 印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测 ?黑白相机 ?彩色相机 BAYER彩色 3CCD彩色3CCD彩色 工业相机 印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测 BAYER彩色，由差值运算获得 工业相机 印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测 3CCD相机。 工业相机 印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测 ?面阵相机芯片是M*N方式排列； ?线阵相机芯片是1*N方式； 工业相机 印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测 CCD和CMOS是显示芯片的两种不同制作 工艺。 工业相机 印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测 工业相机 印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测 工业相机 印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测 工业相机 印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测 工业相机 印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测 CCDCMOS 优1.图像质量高 2.灵敏度高 3.对比度高 1.体积小 2.片上数字化 3.很多片上处理功能 4.低功耗 5.没有Blooming现象5.没有Blooming现象 6.直接访问单个像素 7.高动态范围（120dB） 8.帧率可以更高 劣1.Blooming 2.不能直接访问每个像素 3.没有片上处理功能 1.一致性较差 2.光灵敏度差 3.噪声大 工业相机 印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测 行曝光帧曝光 工业相机 光源镜头 模拟摄像 机 图像采集卡 图像 内存中 结果 孔半径 13.147 mm? 机器视觉软件 FG 被测物体模拟视频流 内存中 数字图像 应用 1 2 3 3.147 mm 3.052 mm 2.785 mm ? ? ? I/O 工业相机 印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测 光源镜头 数字摄像机 （USB/1394a/1394b/GigE/CameraLink） 结果 孔半径 机器视觉软件 FG 被测物体 图像数据 图像 内存中 数字图像 应用 孔半径 1 2 3 3.147 mm 3.052 mm 2.785 mm ? ? ? FG I/O 工业相机 印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测 光源镜头 智能摄像机 结果 孔半径 FG 被测物体 模拟图像数据 图像 内存中 数字图像 孔半径 1 2 3 3.147 mm 3.052 mm 2.785 mm ? ? ? FG I/O 工业相机 印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测 制式NTSC PAL 垂直同步信号60Hz 50Hz 水平同步信号15750 15625 场(Field)扫描频率60场/s 50场/s 帧(Frame)扫描频率30帧/s 25帧/s 帧(Frame)扫描频率帧/s 帧/s 场(Field)扫描时间16.67ms 20ms 帧(Frame)扫描时间33.33ms 40ms 场(Field)扫描垂直分辨率262.5 312.5 帧(Frame)扫描垂直分辨率525 625 每秒行扫描速度(行频) 5253015750 6252515625 工业相机 印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测 隔行扫描 逐行扫描 工业相机 印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测 CameraLinkCameraLinkCameraLinkCameraLinkUsb2.0Usb2.0Usb2.0Usb2.01394a1394a1394a1394a1394b1394b1394b1394bGigEGigEGigEGigEEthernetEthernetEthernetEthernetEthernetEthernetEthernetEthernet 速度Base: 1.5Gbps Medium: 3.8Gbps Full: 5.1 Gbps 480Mbps400Mbps800Mbps1000Mbps100Mbps 距离10m5m4.5m4.5m100m100m 优势1.带宽高 2.有带预处理功能 的采集设备 1.易用 2.价格低 多相机 1.易用，价格低，多相机 2.传输距离远，实际线缆 可达到光纤传输 1.易用，价格 低，多相机 传输距离远 1.易用， 价格低 传输距的采集设备 3.抗干扰能力强 3.多相机可达到17.5m，光纤传输 可达100m 3.有标准DCAM协议 4.CPU占用最低 2.传输距离远， 线缆价格低 3.标准GigE Vision协议 2.传输距 离远，线 缆价格低 缺点1.价格高1.无标准协议 2.CPU占用高 1.长距离传输线缆价格稍 贵 1.CPU占用高 2.对主机配置 要求高 3.有时存在丢 包现象 1.无标准 协议 2.带宽过 低 3.CPU占 用过高 工业相机 印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测印刷和纸张检测 PCIPCIPCIPCI- - - -32323232PCIPCIPCIPCI- - - -64646464PCIPCIPCIPCI- - - -ExpressExpressExpressExpress 速度133MBps266MBps1x 266MBps 2x 266*2 MBps 4x 266*4 MB