机器视觉介绍学习教案

1、会计学1机器机器(j q)视觉介绍视觉介绍第一页，共40页。2自动化设备(shbi)汽车(qch)工业消费品电子产品食品饮料/包装医药行业机器视觉机器视觉处理速度快检测精度高非接触测量第1页/共39页第二页，共40页。3工业相机用于获取(huq)图像传感器选择(xunz)传感器结构输出信号CCDCMOS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第2页/共39页第三页，共40页。USB(USB2.0/USB3.0)IEEE 1394（Firewire）GigECameraLink模拟信号（BNC、S端子）：需要(xyo)图像采集卡(PAL、NTSC等)。第3页/共39页第四页，共40页

2、。USBIEEE 1394GigECameraLink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，5M32-64MB/S 10M100MB/S 100M680MB/S，10M相机个数12763无限制1PAL25帧/秒，625线/场720X576NTSC30帧/秒，525线/场720X480第4页/共39页第五页，共40页。第5页/共39页第六页，共40页。CCDCMOSCCD：感光元件将光强转为电荷，形成(xngchng)电荷包，在后驱脉冲作用下转移、放大输出图像信号。CMOS：将光敏感阵列、图像

3、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(jb)像素随机访问的优点。第6页/共39页第七页，共40页。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 CCDCMOS第7页/共39页第八页，共40页。面面阵阵相机相机感光感光单单元按二元按二维阵维阵列列(zhn li)排列排列每次拍每次拍摄对摄对一一个个面面进进行曝行曝光成像光成像传感器的结构特性线阵线阵相机相机感光感光单单元排列是一元排列是一维维的每的每次曝

4、光次曝光(bo gung)仅仅是一是一条线条线成像，成像，随随着物体和着物体和摄摄像机的相像机的相对对运动运动，相机，相机连续连续曝光曝光(bo gung)形形成一幅二成一幅二维图维图像，适用于像，适用于目目标标物体幅面物体幅面较较大或缺陷大或缺陷尺寸微小的尺寸微小的场场合合第8页/共39页第九页，共40页。传感器尺寸(ch cun)水平(shupng)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11第9页/共39页第十页，共40页。对角线12/31/1.81/21/2.71/31/4有效面积12.89.68.86.67.185.326.44.

5、85.273.964.83.63.62.7分辨率65949478258210347791392104016281236n 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(zo chn)相机动态范围和感光度降低。n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。第10页/共39页第十一页，共40页。 像素时钟：CCD中像素输出(shch)的节拍； 最大行频：线阵相机每秒钟能够输出(shch)的最大行数； 最大帧率：面阵相机每秒钟能够采

6、集并输出(shch)的最大帧数；像素(xin s)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第11页/共39页第十二页，共40页。 相机水平分辨率=拍摄视野水平尺寸/检测精度(jn d)相机垂直分辨率=拍摄视野垂直尺寸/检测精度(jn d)一般来讲，分辨率越高帧率越小第12页/共39页第十三页，共40页。u 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(chnshng)锐利的图像。u 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。第13页/共39页第十四页，共40页。u 焦距(jioj)u 物距（工作距离）u 视野（视场范围）u 视场

7、角u 相对孔径u 光圈(gungqun)数第14页/共39页第十五页，共40页。u 焦距：镜头光学后主点到焦点的距离。u 由上图可以看出焦距越长(yu chn)成像也就越大。u 常用的工业镜头：5mm，8mm，12mm，25mm，35mm，u 50mm，75mm等等。第15页/共39页第十六页，共40页。u 光圈：镜头中可以改变中间孔大小的机械(jxi)装置。u 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；u 相对孔径越小，则光圈数越大，在单位时间内的

8、通光量也越大。第16页/共39页第十七页，共40页。u 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。u拍摄距离越远，景深越大，焦距(jioj)越长，景深越小，光圈越大，景深越小。 第17页/共39页第十八页，共40页。)2arctan(fdw u 当f一定时，市场(shchng)角越大成像也就越大，当d一定时，焦距越长，视场角就越少。第18页/共39页第十九页，共40页。u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

9、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(cilio)所吸收，完全不能通过镜头。第19页/共39页第二十页，共40页。FfD22. 1/22. 1分辨率为1/2d，单位(dnwi)为lp/mm (线对/毫米)FN22. 111理想镜头(jngtu)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。第20页/共39页第二十一页，共40页。 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(xn s)，但是其代价就是引入畸变 。解决办法：

10、 1、采用摄像机标定(bio dn)； 2、采用远心镜头；第21页/共39页第二十二页，共40页。 )(/*)()(/*)(heightCCDsensorWDheightFOVfwidthCCDsensorWDwidthFOVf第22页/共39页第二十三页，共40页。性能白炽灯氙灯LED光源寿命（kh）5-7约1-360-100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、发热小第23页/共39页第二十四页，共40页。第24页/共39页第二十五页，共40页。第25页/共39页第二十六页，共40页。第26页/共39页第二十七页，共40页。第27页/共39页第二十八页，共40页。第28页/共39页第二十九页，共40页。第29页/共39页第三十页，共40页。第30页/共39页第三十一页，共40页。第31页/共39页第三十二页，共40页。第32页/共39页第三十三页，共4