《工业相机原理》课件-1-第一章-绪论

工业相机原理工业相机原理前言-（编者话）为什么推出本书《工业相机原理》？（1）目前的一部分机器视觉技术相关课程和书籍主要讲宏观的机器视觉技术，主要面向的是应用，而缺乏原理解析，使得读者理解不深刻，难以解决遇见的各种问题，难以精确的搭建和灵活的使用机器视觉系统。（2）另一部分机器视觉相关的课程和书籍主要讲授的为图像处理部分，而对图像信息是如何从相机传递到计算机从而形成一幅图像的并不关注。第1章绪论1.1.什么是工业相机？与普通相机有何区别？1.2.什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？1.3.工业相机基本成像原理工业相机原理第1章绪论1.1什么是工业相机？与普通相机有何区别？工业相机原理1.1什么是工业相机？与普通相机有何区别？A相机（照相机）照相机简称相机，是一种利用光学成像原理形成影像并使用底片记录影像的设备。照相机是用于摄影的光学器械。被摄景物反射出的光线通过照相镜头(摄景物镜)和控制曝光量的快门聚焦后，被摄景物在暗箱内的感光材料上形成潜像，经冲洗处理(即显影、定影)构成永久性的影像。传统/普通照相机工业相机原理A相机（照相机）数码相机（又名：数字式相机英文全称：DigitalCamera简称DC），是一种利用电子传感器把光学影像转换成电子数据的照相机。与普通照相机在胶卷上靠溴化银的化学变化来记录图像的原理不同，数字相机的传感器是一种光感应式的电荷耦合器件（CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)。在图像传输到计算机以前，通常会先储存在数码存储设备中（通常是使用闪存）。数字式相机1.1什么是工业相机？与普通相机有何区别？工业相机原理A相机（照相机）数码相机是集光学、机械、电子一体化的产品。它集成了影像信息的转换、存储和传输等部件，具有数字化存取模式，与电脑交互处理和实时拍摄等特点。数码相机最早出现在美国，20多年前，美国曾利用它通过卫星向地面传送照片，后来数码摄影转为民用并不断拓展应用范围。1.1什么是工业相机？与普通相机有何区别？工业相机原理B工业相机——工业相机与普通数字式/数码相机有什么不同？1、工业相机的性能稳定可靠易于安装，相机结构紧凑结实不易损坏，连续工作时间长，可在较差的环境下使用，一般的数码相机是做不到这些的。例如：让民用数码相机一天工作24小时或连续工作几天肯定会受不了的。2、工业相机的快门时间非常短，可以抓拍高速运动的物体。例如：把名片贴在电风扇扇叶上，以最大速度旋转，设置合适的快门时间，用工业相机抓拍一张图像，仍能够清晰辨别名片上的字体。用普通的相机来抓拍，是不可能达到同样效果的。3、工业相机的图像传感器是逐行扫描的，而普通的相机的图像传感器是隔行扫描的，逐行扫描的图像传感器生产工艺比较复杂，成品率低，出货量少，世界上只有少数公司能够提供这类产品，例如Sony，而且价格昂贵。1.1什么是工业相机？与普通相机有何区别？工业相机原理B工业相机——工业相机与普通数字式/数码相机有什么不同？4、工业相机的帧率远远高于普通相机。工业相机每秒可以拍摄十幅到几百幅图片，而普通相机只能拍摄2-3幅图像，相差较大。5、工业相机输出的是裸数据(rawdata)，其光谱范围也往往比较宽，比较适合进行高质量的图像处理算法。

例如机器视觉(MachineVision)应用。而普通相机拍摄的图片，其光谱范围只适合人眼视觉，并且经过了mjpeg压缩，图像质量较差，不利于分析处理。6、工业相机(IndustrialCamera)相对普通相机(DSC)来说价格较贵。1.1什么是工业相机？与普通相机有何区别？工业相机原理B工业相机——工业相机与普通数字式/数码相机有什么不同？若用直观的说法指出工业相机与普通数字照相机的区别，就是：工业相机给工业产品照相，普通数字相机给风景和人照相。工业相机的主要功能是将外界输入的光信号转换为可被电子系统处理的电信号输出，在成像原理方面与普通数字相机大致相同。相比传统的普通数字相机而言，工业相机具有较高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等特点。1.1什么是工业相机？与普通相机有何区别？工业相机原理B工业相机——工业相机与普通相机有什么不同？工业相机有多个名称，例如，工业摄像机、工业摄像头、视觉传感器等。当其在工业环境下拍照时，取名为工业照相机；当其在工业环境下录像时，参照对普通民用摄像机的叫法，取名为工业摄像机；当其用于工业环境下的监控时，取名为工业摄像头或工业探头；当其用于工业机器人时，取名为视觉传感器。1.1什么是工业相机？与普通相机有何区别？工业相机原理BaslerC一些著名品牌的工业相机映美精（德国IMAGINGSOURCE）工业相机原理1.1什么是工业相机？与普通相机有何区别？海康威视/海康机器人

凌云光工业相机原理1.1什么是工业相机？与普通相机有何区别？上海方诚光电科技有限公司工业相机原理1.1什么是工业相机？与普通相机有何区别？D

典型标准相机的构成一般来说，工业相机主要由图像传感器、内部处理电路、数据接口、IO接口、光学接口等几个基本模块组成。当相机在进行拍摄时，光信号首先通过镜头到达图像传感器，然后被转化为电信号，再由内部处理电路对图像信号进行算法处理，最终按照相关标准协议通过数据接口向上位机传输数据。IO接口则提供相机与上下游设备的信号交互，如可以使用输入信号触发相机拍照，相机输出频闪信号控制光源亮起等。1.1什么是工业相机？与普通相机有何区别？工业相机原理D

典型标准相机的构成1.1什么是工业相机？与普通相机有何区别？工业相机原理图1.1-2工业相机外观及结构结合工业相机构成的几大基本模块及不同的选型维度来看，工业相机一般可按以下标准分类：传感器类型：面阵相机/线阵相机，彩色相机/黑白相机，CCD相机/CMOS相机等数据接口类型：网口相机/USB3相机/万兆网口相机/CameraLink相机/CoaXPress相机等光学接口类型：C口/CS口/M12口/F口/M58口等工业相机的精分类1.1什么是工业相机？与普通相机有何区别？工业相机原理1.1什么是工业相机？与普通相机有何区别？工业相机原理第1章绪论1.2.什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？1.2.1机器视觉于机器视觉系统1.2.2机器视觉的发展与应用工业相机原理一、什么是机器视觉？

【理论层面】机器视觉是指用计算机来实现人的视觉功能，也就是用计算机来实现对客观世界的识别。【应用层面】机器视觉就是通过给机器安装视觉系统，使机器具有像人一样的视觉功能，具备感知和自主判断的能力，从而实现各种检测、定位、识别和测量等功能，提高生产制造的柔性和自动化程度。实质上，就是用机器代替人眼来将物体表面进行测量和判断，是一种非接触检测方法。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理机器视觉概述机器视觉在智能制造中的地位实现智能制造的必要手段核心关键技术机器视觉为我国工业自动化打开“新视界”。机器视觉就相当于人类视觉在机器上的延伸，实现了对工件尺寸、形状、颜色等特征的自动判断和识别，可以让机器代替人眼做测量和判断，是实现工业自动化和智能化的必要手段。1、机器视觉与多种技术融合逐步深入，将成为提升产业自动化水平的重要抓手。2、企业加速布局机器视觉产业化应用，将以智能视觉为核心推动智慧工厂建设。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理机器视觉与计算机视觉区别（一）机器视觉用机器代替人眼进行测量和判断，完成工业生产与民用领域的测量、引导、检测和识别任务。计算机视觉利用计算机及其辅助设备来模拟人的视觉功能，实现对客观世界的三维场景进行感知、识别和理解，实现类似人的视觉功能。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理机器视觉与计算机视觉区别（二）类别精度级别区别机器视觉μm级至mm级主要侧重“量”的分析，如通过视觉去测量零件的各种尺寸，又如检测产品是否有缺陷等，对准确度和处理速度要求都比较高。计算机视觉mm级至cm级主要侧重“质”的分析，如分类识别，这是狗还是猫的问题；或身份确认，如人脸识别、车牌识别；或行为分析，如人员入侵、徘徊、人群聚集等判断。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理为什么要用机器视觉？机器视觉与人工视觉的区别性能灰度分辨力机器视觉人工视觉强，2

5

6灰度级差，一般只能识别6

4个灰度级空间分辨力通过不同选型搭配，可观测小到微米的目标差，不能分辨微小目标效率效率高效率低速度快，可看清运动物体慢，无法看清较快运动的目标精度高精度，可达微米级、易量化精度低，无法量化可靠性稳定可靠易疲劳、受情绪波动重复性强，可持续工作弱，易疲劳信息集成方便信息集成不易信息集成环境适合恶劣、危险环境不适合恶劣和危险环境成本一次性投入，成本不断降低人力和管理成本不断上升1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理一、什么是机器视觉系统？【理论层面】机器视觉系统是指通过机器视觉产品(即图像摄取装置，分CMOS和CCD两种)将被摄取目标转换成图像信号传输给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别结果来控制现场的设备动作。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理机器视觉系统概述机器视觉系统的组成典型的机器视觉系统：包括图像采集单元、图像处理单元、通信控制单元、终端监控单元等。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理图1.2-1典型的机器视觉系统结构单元机器视觉系统的一般工作过程:

（1）图像采集传感器首先要采集外部的信息，即捕获图像。（有时会用到触发装置对传感器进行触发）（2）图像传输传输图像数据，会涉及到很多的通信，包括跟采集卡、网络通讯等。（3）图像处理预处理、测量处理、图像分析与识别等。（4）信息输出信息输出给执行者，因为机器视觉本身就是一个采集者，他并没有进行执行的能力，但是他是执行者的眼睛和判断的依据，所以它会把它采集的信息传给第三者。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理机器视觉系统·图像采集单元定义：图像采集单元又称“帧采集器”（FrameGrabber），图像采集是指从工作现场获取场景图像的过程，是机器视觉的第一步。功能:它将光学图像转换为数字图像，并输出至图像处理单元。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理机器视觉系统·图像处理单元定义：图像处理单元由图像处理软件等构成。图像处理软件包含大量图像处理算法。在取得图像后，用这些算法对数字图像进行处理和分析计算，并输出目标的质量判断和规格测量等结果。图像处理算法:包含图像增强与校正、图像分割、图像特征提取、BLOB（BinaryLarge

Object，二进制大对象）分析、图像识别与理解等。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理机器视觉系统·

通讯控制单元定义：图像处理软件完成图像分析后，将分析结果输出至图像界面，或通过电控单元（PLC等）传递给机械单元执行相应的操作，如剔除、报警等，还通过运动控制或机械臂执行分拣、抓取等动作。通信控制单元包含I/O接口、运动控制等。I/O:I/O是主机与被控对象进行信息交换的纽带。主机通过I/O接口与外部设备进行数据交换。运动控制：运动控制就是对机械运动部件的位置、速度等进行实时的控制管理，使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理机器视觉系统·

终端监控单元定义：终端控制单元用于在软件界面上显示配置的内容，一般包括采集的图片、产品检测结果、产品良率统计等。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理从硬件设备的角度描述机器视觉系统：

图1-1机器视觉系统组成部分①光源

②工业像机

③传感器

④图像采集卡

⑤PC机⑥视觉处理软件

⑦控制单元1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理

①光源——作为辅助成像器件，对成像质量好坏起到至关重要的作用，各种形状的LED灯、高频荧光灯、光纤卤素灯等都是常用光源。②工业相机与工业镜头——属于成像器件，通常视觉系统都是由一套或者多套成像系统组成，如果有多路相机，可能由图像卡切换来获取图像数据，也可能由同步控制同时获取多相机通道的数据。根据应用的需要相机可能是输出标准的单色视频（RS-170/CCIR）、复合信号（Y/C）、RGB信号，也可能是非标准的逐行扫描信号、线扫描信号、高分辨率信号等。二、机器视觉系统的构成

1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理

③传感器——通常以光纤开关、接近开关等的形式出现，用以判断被测对象的位置和状态，告知图像传感器进行正确的采集。④图像采集卡——通常以插入卡的形式安装在PC中，图像采集卡的主要工作是把相机输出的图像输送给电脑主机。将来自相机的模拟或数字信号转换成一定格式的图像数据流，同时它可以控制相机的一些参数，比如触发信号、曝光、积分时间、快门速度等。图像采集卡通常不同类型的相机有不同的硬件结构，同时也有不同的总线形式，比如PCI、PCI64、CompactPCI、PC104、ISA等。二、机器视觉系统的构成

1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理

⑤PC平台——电脑是一个PC式视觉系统的核心，完成图像数据的处理和绝大部分的控制逻辑，对于检测类型的应用，通常都需要较高频率的CPU，这样可以减少处理的时间。同时，为了减少工业现场电磁、振动、灰尘、温度等的干扰，必须选择工业级的电脑。

⑥视觉处理软件——机器视觉软件用来完成输入的图像数据的处理，然后通过一定的运算得出结果，这个输出的结果可能是PASS/FAIL信号、坐标位置、字符串等。二、机器视觉系统的构成

1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理

⑦控制单元（包含I/O、运动控制、电平转化单元等）——视觉软件完成图像分析（除非仅用于监控），紧接着需要和外部单元进行通信以完成对生产过程的控制。简单的控制可以直接利用部分图像采集卡自带的I/O，相对复杂的逻辑、运动控制则必须依靠附加可编程逻辑控制单元、运动控制卡来实现必要的动作。二、机器视觉系统的构成

1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理习题与思考：简述机器视觉的定义与特点。工业自动化为什么要使用机器视觉技术？机器视觉系统由哪些部分构成？1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理按性能分类视觉传感器智能相机视觉处理器1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理

机器视觉系统分类1.视觉传感器优点：该类产品集成度高，成本低，体积一般较小，简单易用缺点：视觉系统功能少，可拓展性低视觉传感器，一般是嵌入式一体化产品，处理器配置较低，视觉软件工具较少。系统结构上图像采集单元为

CCD或者CMOS芯片、光学系统、照明系统和图像采集ISP组成，图像处理分析在相机内部完成。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理部分视觉传感器厂商产品常见的视觉传感器厂家目前市面上国内外视觉传感器的厂家有：日本基恩士（Keyence）、日本欧姆龙（OMRON）、美国康耐视（Cognex）、深圳视觉龙、厦门麦克玛视等。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理2.智能相机智能相机是一种高度集成化的微小型嵌入式机器视觉系统。它集图像信号采集、模数转换，和图像信号处理于一体，直接给出处理的结果。工作原理图如下图所示：1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理图1.2-5智能相机工作原理图特点：智能相机集成度高、结构紧凑、安装体积小，空间利用率高，适用于环境严苛的特定应用场合。运算速度快，鲁棒性好，基于嵌入式技术和并行计算技术的智能相机，在速度和稳定性上大大超过PC系统。同时它还具有很强的可配置性，视觉系统功能非常强大，可应对复杂的视觉项目。常见的智能相机厂家日本基恩士（Keyence）、美国康耐视（Cognex）、美国迈思肯（Microscan）、意大利得利捷（datalogic）、深圳视觉龙、厦门麦克玛视等。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理图1.2-6部分智能相机厂商产品3.视觉处理器视觉处理器一般是基于PC视觉系统和工业PC机，开发合适的机器视觉应用软件，再配合光学硬件，如工业相机、镜头和光源等，实现工业自动化(FA)所需的定位、测量、识别、控制等功能。视觉处理器原理图如下：1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理图1.2-7视觉处理器工作原理示意图特点视觉处理器的图像处理、通信、存储功能由视觉控制器完成，它可以接多个相机进行任务多配置工作，针对不同外部控制系统可以开发专用通讯结构。同时它也具有很强的可配置性，视觉系统功能非常强大，可应对多相机，多工位，多类型的视觉项目。常见的视觉处理器厂家日本基恩士（Keyence）、美国康耐视（Cognex）、美国迈思肯（Microscan）深圳视觉龙等等。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理对比名称结构形式视觉传感器（嵌入式）智能相机（嵌入式）视觉处理器（PC式）一体化一体化较低集成度价位低端市场高端市场高端市场灵活性/可编程性低高高I/O简单复杂复杂处理能力小大大内存配置低中高分辨率低高高检测速度较低高检测精度较小较大多相机支持不可以可以复杂运算能力弱能力强系统成本低高工作空间小大操作难度难度小难度大集成能力强弱嵌入式视觉系统与PC式对比上面介绍的这三种产品均可归类为智能相机，取智能相机的“无需编程，轻松配置”的特点，是按广义的智能相机定义，下图为三种产品形式进行了详细的对比分析。按照狭义的智能相机定义，只有前两种才能被称为智能相机。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理课时作业按照操作方式划分，视觉系统可以分为哪几类？按照性能划分，视觉系统可分为哪几类？简要表述开发视觉系统的整体流程？对于比较复杂的项目，我们一般需要选择什么类型的视觉系统？如果你需要开发一个带5个相机的视觉系统，应该选择嵌入式还是PC式视觉系统？1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理1.ⅤisionProVisionPro是美国Cognex公司推出的一款图像处理算法。拖拽式操作，易于上手，方便进行简单项目快速应用。除此之外，提供.net脚本编程接口，十分灵活，功能强大，是当下机器视觉应用技术的主流软件之一。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理1.2.2机器视觉的发展与应用常用机器视觉开发软件2.NIVisionAssistantNI公司的视觉开发模块是专为从事开发机器视觉和科学成像应用的科学家、工程师和技术人员设计的。该模块包括NIVisionBuilder和IMAQVison两部分。VisionBuilder是一个交互式的开发环境，开发人员无需编程，即能快速完成视觉应用系统模型的建立；IMAQVision是一个包含各种图像处理函数的功能库，它将400多种函数集成到LabVIEW和MeasurementStudio、LabWindows/CVI、VisualC++及VisualBasic开发环境中，为图像处理提供了完整的开发功能。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理NIVisionAssistant可自动生成LabVIEW程序框图,该程序框图中包含NIVisionAssistant建模时一系列操作的相同功能，可以将程序框图集成到自动化应用或生产测试应用中，用于运动控制、仪器控制和数据采集等，其主要功能如下：高级机器视觉、图像处理功能及显示工具。2）

高速模式匹配功能，用来定位大小、方向各异的多种对象，甚至在光线不佳时也可实现。3)用于计算82个参数(包括对象的面积、周长和位置等)的颗粒分析(BlobAnaly-sis)功能。一维、二维条码和OCR读取工具。用于纠正透镜变形和相机视角的图像校准功能。6)灰度、彩色和二值图像处理及分析功能。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理3.HALCON来自德国MVTec公司的图像处理软件.HALCON源自学术界，它有别于市面上一般的商用软件包。事实上，HALCON是一个图像处理库，它由1000多个各自独立的函数以及底层的数据管理核心构成。其中包含了各类滤波、色彩以及数学转换、形态学计算分析、校正、分类辨识、形状搜寻等基本的几何和影像计算功能，由于这些功能大多并非针对特定工作而设计，因此只要涉及图像处理，就可以利用HALCON强大的计算分析能力来完成工作，其应用范围几乎没有限制，涵盖从医学、遥感探测、监控，到工业上的各类自动化检测等众多领域。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理HAICON支持Windows、Linux和Macosx等操作环境。整个函数库可以用C、C++、C#、VisualBasie(VB）和Delphi等多种普通编程语言访问。HALCON为大量的图像获取设备（包括百余种工业相机和图像采集卡，如GenlCam、GigE和IIDC1394等）提供接口，保证了硬件的独立性。HALCON具有以下特点：1）为了让使用者能在最短的时间里开发出视觉系统，HAICON使用了一种交互式程序设计界面HDevelop，可在其中以HALCON程序代码直接撰写、修改、执行程序，并且可以查看计算过程中的所有变量，设计完成后，可以直接输出C、C++、VB、C#、VB.NET等程序代码。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理2)HAICON不限制取像设备，用户可以自行挑选合适的设备。原厂已提供60余种相机的驱动链接，即使是尚末支持的相机，除了可以通过指针(Pointer)轻易地抓取影像，还可以利用HALCON的开放式架构，自行撰写DLL文件和系统链接。3)HAICON提供了强大的三维视觉处理功能，其所有三维技术，如多目立体视觉，都可用于表面重构。同时也支持直接通过现成的三维硬件扫描仪进行三维重构。此外，针对表面检测中的特殊应用，HIAICON对光度立体视觉方法进行了改善。不仅如此，HALCON现在还支持许多三维目标处理方法，如点云的计算和三角测量、形状和体积等特征计算、通过切面进行点云分割等。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理4.VisionMaster海康机器人公司。常用。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理20世纪50年代20世纪60年代20世纪70年代20世纪80年代从模式识别开始，主要集中在二维图像分析和识别。如字符识别、工件表面检测、显微图片等。机器视觉概念提出麻省理工人工智能实验

室正式开设“机器视觉”课程。实验室提出著名

“马尔视觉理论”。CCD图像传感器和CCD相机替代硅靶设备，是一个重要的转折点。真正开始发展美国学者拉里·罗伯茨开创了三维

机器视觉的研究。提出“积木世界”分析方法。开始研究3D视觉开始了全球性的机器视觉研究热潮，出现了絮都新的研究方法和理论。进入发展上升期国外机器视觉发展史20世纪90年代理论得到进一步发展，开始在工业领域得倒

应用。主要的机器视觉厂商还未进入中国市场。发展趋于成熟21世纪，机

器视觉技术大规模应用于多个领域。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理机器视觉发展史国外机器视觉发展史美国学者L.R.罗伯兹关于理解多面体组成的“积木世界”当时运用的预处理、边缘检测、轮廓线构成、对象建模、匹配等技术，后来一直在机器视觉中应用。罗伯兹在图像分析过程中，采用了自底向上的方法。用边缘检测技术来确定轮廓线，用区域分析技术将图像划分为由灰度相近的像素组成的区域，这些技术统称为图像分割。其目的在于用轮廓线和区域对所分析的图像进行描述，以便同机内存储的模型进行比较匹配。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理国外机器视觉发展史David

Marr提出了不同于“积木世界”分析方法的计算机视觉(computationalvision)理论——也就是著名的“马尔视觉理论”马尔计算视觉理论包含二个主要观点：首先，马尔认为人类视觉的主要功能是复原三维场景的可见几何表面，即三维重建问题；其次，马尔认为这种从二维图像到三维几何结构的复原过程是可以通过计算完成的，并提出了一套完整的计算理论和方法。因此，马尔视觉计算理论在一些文献中也被称为三维重建理论。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理初期阶段引入阶段发展阶段高速发展阶段1990-1997在大学与一些研究所开始研究图像处理与模式识别。市场需求不大，工业界对机器视觉缺少认知。times2003-2007开始出现一些企业对视觉软硬件进行自主核心技术研发，生产产线开始有实际应用。times1998-2002中国企业主要通过代理业务对客户进行服务。初步了解图像采集与处理过程，能够建立起一些简单的视觉应用系统。times2008-Now机器视觉发展迅猛，传

统制造业面临新的颠覆。越来越多自动化产线引

入机器视觉，中国成为

增长速度最快地区之一。times国内机器视觉发展史机器视觉广泛应用于传统行业，带来哪些变化?1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理机器视觉引入阶段：许多著名视觉厂商，诸如：Cognex、DVT、CCS、Data

Translation、Matrix、Coreco等等开始接触中国市场寻求本地合作伙伴。机器视觉发展阶段：本土机器视觉企业开始起步探索更多由自主核心技术承载的机器视觉软硬件器件的研发。器件层：国内厂商陆续推出了全系列模拟接口和USB2.0接口的相机和采集卡，逐渐占据入门级市场。设备和系统集成：例如PCB检测，SMT检测等等设备国产设备迅速兴起，凭借产品性价比和服务的优势填补了国内相关市场需求。部分海外从业人员回国创业，一些高端设备，如LCD的前道检测设备也开始在国内落地，应用在在部分产业如汽车，制药包装等。国内机器视觉发展史1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理国内机器视觉发展史机器视觉高速发展阶段：众多机器视觉各种核心器件研发厂商出现，从相机、采集卡、光源、镜头到图像处理软件，这些产品在广泛实践中不断完善，国内企业的视觉技术能力也得到了长足的积累和进步。从此打破了国外厂商的垄断地位。随着视觉技术在PCB、SMT、半导体、太阳能、LCD、烟草、印刷、表面检测、制药包装、汽车等多个行业的

广泛深度应用，特别值得一提的是消费电子类产品，如手机，电脑等等组装生产过程中的引导，测量，有无检测等相关需求的不断涌现，使得一大批真正的系统级工程师被培养出来。他们能够从系统的角度设计相关的视觉系统，掌握视觉和自动化相关的综合知识，最终将视觉的价值发挥到更多的领域中解决各类实际问题。在此过程中整个视觉产业产值和规模也逐年高速攀升，影响飞速扩大。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理机器视觉的四大功能机器视觉就是采用成像技术，获取被测目标的图像，再经过快速图像处理与图像识别算法，从摄取图像中获取目标的尺寸、方位、光谱结构、缺陷等信息，从而可以执行产品的检验、分类与分组、装配线上的机械手运动引导、零部件的识别与定位、生产过程中质量监控与过程反馈等任务。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理机器视觉应用场景图1.2-11机器视觉的四大应用GIGE机器视觉的四大功能①引导(Guide):实现生产自动化，提供灵活性。通过提取到的信息来指导执行结构进行下一步的逻辑运动。②检测(Inspect):其实就是更侧重于对设定的目标跟实际的目标进行判断，OK或者NG判断功能。如有无缺陷。③测量(Gauge):如测量工件尺寸信息。④识别(Identify):用于对产品信息的追溯，如读取二维码、条形码，再结合数据库的功能实现可控物料流程，实现可追溯性，收集重要数据，也是目前很重要的应用之一。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理四大典型应用·视觉检测传统人工检测视觉检测技术人眼容易疲劳，受人工熟练程度和工作状态等主观因素影响，检测出来的品质不稳定。机器代替人眼来做测量和判断。采用机器视觉技术，对产品的内观、外观等多角度进行检测。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理四大典型应用·视觉检测有/无判断（Presence

Check）面积检测（Size

Inspection）方向检测（Direction

Inspection）角度检测（Angle

Inspection）位置检测（Position

Detection）图形匹配（Image

Matching）数量检测（Quantity

Count）颜色识别（Color

Verification）标准检测功能1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理四大典型应用·视觉定位传统人工定位视觉定位技术传统的人工定位方法，检测人员的眼睛容易疲劳，不同的人对定位判断标准有浮动，且速度慢、精度低。机器视觉定位技术能够自动判断物体的位置，并将位置信息通过一定的通信协议输出。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理四大典型应用·视觉定位视觉定位应用机器人上下料机器人码垛无序分拣机器人打磨传送带跟踪对位贴合定位组装1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理四大典型应用·视觉测量传统人工测量机器视觉测量技术典型的方法是利用卡尺或千分尺在被测物体工件上针对某个参数进行多次测量后取平均值。这些检测手段测试速度慢、测试数据无法及时处理，不适合自动化的生产。可以在线测量，就是在生产线上对产品进行检测，这样可以及时地得到产品的测量信息，并实时反馈给生产设备，来改进工艺、提高制造精度、降低废品率。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理四大典型应用·读码与识别传统人工读码与识别机器视觉读码与识别技术识别速度很慢，同时受条码印刷技术和材质、产品本身在产线上的运动速度和角度影响，识别准确率难以保证。机器视觉技术对图像进行采集、处理、分析和理解，可以对各种材质表面的条码或二维码进行读取识别，大大提高了现代化生产的效率。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理习题与思考：你见过的机器视觉应用场景有哪些呢？你觉得哪些场景可以用到机器视觉技术呢？请举例说明。1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理习题：1.机器视觉是_________________________2.机器视觉系统的构成包括____、____、_____、_____3.机器视觉的四大类应用分别是____、_____、_____、_____4.写出你知道的机器视觉开发软件。5.列举1~2个机器视觉应用案例，并解释其工作原理。6.机器视觉系统中涉及哪些通讯环节或技术？1.2什么是机器视觉？与工业相机的关系是怎样的？工业相机原理第1章绪论1.3.工业相机基本成像原理1.3.1相机成像原理与发展过程1.3.2数字图像的表示与格式工业相机原理1.3工业相机基本成像原理工业相机是机器视觉系统中的关键组件，其本质的功能就是将光信号转变成有序的电信号。工业相机原理1.3.1相机成像原理与发展过程一、成像的基本光学原理在发明相机之前，人们就已经开始利用小孔成像原理制造各类光学成像装置，这种装置被称为暗箱。19世纪上半叶，人们终于找到了固定保存暗箱中投影面上光学图像的方法与介质，照相机工业由此发端，因此暗箱被认为是照相机的祖先。图1.3-1为相机成像示意图，照相机的成像原理即来源于小孔成像，镜头是智能化的小孔，通过复杂的镜头组件实现不同的成像距离(即俗称的各个焦段)。1.3工业相机基本成像原理工业相机原理图1.3-1成像的基本光学原理一、成像的基本光学原理对于胶片相机而言，景物的反射光线经过镜头的会聚，在胶片上形成潜影，这个潜影是光和胶片上的乳剂发生化学反应的结果，再经过显影和定影处理形成影像。数字相机是通过光学系统将影像聚焦在成像元件CCD/CMOS上，通过A/D转换器将每个像素上的光电信号转化为数码信号再经过数字信号处理器(DSP)处理成数码图像，存储在存储介质中。1.3工业相机基本成像原理工业相机原理工业相机原理1.3工业相机基本成像原理二、相机的发展过程三、数字图像的表示与格式

工业相机最本质的功能就是通过CCD或CMOS成像传感器将光信号转变为有序的电信号，并将这些信息通过相应接口传送到计算机。

1.3工业相机基本成像原理工业相机原理什么是图像？图像是当光辐射能量照在物体上，经过它的反射或透射，或由发光物体本身发出的光能量，在人的视觉器官中所重现出的物体的视觉信息。模拟图像和数字图像按照图像信息的坐标取值是否连续，分为模拟图像和数字图像。模拟图像：坐标（ｘ,ｙ）为连续值，Ｉ＝ｆ（ｘ,ｙ）表示该点的某个性质的度量值。比如说照片，绘画等。数字图像：坐标（ｘ,ｙ）为离散值，采样形成像素点(pixel)，从而形成了离散的二维矩阵。数码相机、计算机处理的图像都属于数字图像。1.3工业相机基本成像原理工业相机原理一幅m×n的数字图像可用矩阵表示为数字图像中的每个像素(pixel)都对应于矩阵中相应的元素。把数字图像表示成矩阵的优点在于，能应用矩阵理论对图像进行分析处理。1.3工业相机基本成像原理工业相机原理图像表示对比2.二值图像是指像素灰度只有两级（通常取0（黑色）或1（白色））；1.灰度图像是指每个像素由一个量化灰度来描述的图像，没有彩色信息；1.3工业相机基本成像原理工业相机原理3.彩色图像是指每个像素由红、绿、蓝（分别用R、G、B表示）3原色构成的图像，其中R、G、B是由不同的灰度级描述的。1.3工业相机基本成像原理工业相机原理数字图象的产生3D场景经过光学器件在图像传感器靶面上成像，感光器件把收到的光能转换成电荷，经过模数转换，再进