机器视觉系统选型教材PPT课件.ppt

内部交流，不得外传1机器视觉光学系统选型培训EDC-EQUIP：QC Li内部交流，不得外传2主要内容q机器视觉概要q机器视觉硬件基础知识介绍q镜头选型指南qCCD选型指南q光源选型指南内部交流，不得外传3第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状q机器视觉（Machine Vision）的引入q机器视觉的概念和相关技术的关系q机器视觉的主要应用（行业、技术分类）q机器视觉在国际上的发展（美日欧）q机器视觉的技术范围q技术层次，软、硬件分类，相关技术q机器视觉的产业链和从业者格局第一节 机器视觉概述第一节 机器视觉综述内部交流，不得外传4第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状一、机器视觉的引入q自动化和电脑技术是机器视觉进入工业生产线的关键要素q自动化技术的发展史是机器逐步取代人工的历史q传感与控制是自动化的主要分支；q人类大脑、四肢、感官和神经分别可以对应CPU、运动控制、传感器和网络。q人类视觉是最后几个被取代的器官之一q在很多情况下人类视觉越发不能满足要求q高速、高精、超视、微距，q客观、无疲劳、环境限制等。第一节 机器视觉概述机器视觉培训系列教程（基础入门培训）内部交流，不得外传5第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状二、机器视觉的概念和相关技术的关系q机器视觉的通俗定义q权威机构怎么说？q机器视觉的本质、特征q本质q特征q机器视觉关联技术q图像处理q模式识别和辨识q其他第一节 机器视觉概述内部交流，不得外传6传统机器视觉系统基本构成待测目标CCD相机镜 头灯源图像采集卡电脑系统PCI地址总线灯源控制信号相机控制信号及电源模拟图像信号数字图像信号第一节 机器视觉概述第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状内部交流，不得外传7三、机器视觉的主要应用领域q机器视觉应用分类q测量q检测q定位q识别第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状第一节 机器视觉概述机器视觉培训系列教程（基础入门培训）内部交流，不得外传8三、机器视觉的主要应用领域q机器视觉应用分类q测量（如长度测量）第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状第一节 机器视觉概述内部交流，不得外传9三、机器视觉的主要应用领域q机器视觉应用分类q测量（如角度测量）第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状第一节 机器视觉概述内部交流，不得外传10三、机器视觉的主要应用领域q机器视觉应用分类m测量（如圆弧及半径测量）第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状第一节 机器视觉概述内部交流，不得外传11三、机器视觉的主要应用领域q机器视觉应用分类q检测（如有无检测）(邮包邮包)第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状第一节 机器视觉概述内部交流，不得外传12三、机器视觉的主要应用领域q机器视觉应用分类q检测（如残次品检测）第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状第一节 机器视觉概述内部交流，不得外传13三、机器视觉的主要应用领域q机器视觉应用分类q检测（如数字统计）第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状第一节 机器视觉概述内部交流，不得外传14三、机器视觉的主要应用领域q机器视觉应用分类q检测（瑕疵检测）第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状第一节 机器视觉概述内部交流，不得外传15q机器视觉应用分类q定位三、机器视觉的主要应用领域第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状第一节 机器视觉概述内部交流，不得外传16q机器视觉应用分类q定位三、机器视觉的主要应用领域第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状第一节 机器视觉概述内部交流，不得外传17三、机器视觉的主要应用领域q机器视觉应用分类q识别（如读码）第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状第一节 机器视觉概述内部交流，不得外传18三、机器视觉的主要应用领域q机器视觉应用分类q识别（如OCR/OCV）第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状第一节 机器视觉概述内部交流，不得外传19q机器视觉应用分类q识别（如颜色识别）三、机器视觉的主要应用领域第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状第一节 机器视觉概述机器视觉培训系列教程（基础入门培训）内部交流，不得外传20三、机器视觉的主要应用领域q机器视觉适用的生产环节分类q原料、加工q组装、测试、包装q使用、监控第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状第一节 机器视觉概述内部交流，不得外传21塑料/薄膜食品&饮品汽车日用品光纤产品三、机器视觉的主要应用领域半导体纸张冶金航空航天通用生产电子医学设备纺织药品第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状第一节 机器视觉概述内部交流，不得外传22四、机器视觉的国际发展现状（美日欧）q机器视觉在国际上的发展阶段，总的规模q各国的主要市场、规模和发展趋势q各国主要的供应商q相关组织和机构q国际机器视觉公司的中国策略和做法第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状第一节 机器视觉概述内部交流，不得外传23五、机器视觉的技术范围q技术层次q底层基础元件和材料q图像和视觉核心算法q视觉硬件和系统（含照明）q软件开发环境q系统流程q取像=分析=结果输出q部件与系统软、硬件q照明、光学元件、镜头、相机、图像采集卡q工具软件q智能相机q相关技术：运动控制、机器人、通讯第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状第一节 机器视觉概述内部交流，不得外传24第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状q机器视觉的主要技术趋势和市场趋势q机器视觉在中国的发展概述q中国市场的竞争者及其产业链分析q本土供应商的现状以及生存策略q本土供应商面临的机会和威胁q用户获得的价值第二节 国内外发展现状第二节 国内外发展现状内部交流，不得外传25六、机器视觉的产业链和从业者格局q机器视觉的产业链q基础原创技术提供者；q软、硬件部件或子系统开发者；q系统集成商或方案提供者；q代理商、零售商；qOEM设备、整机开发者；q外围技术合作伙伴；q协会、媒体和政府机构；q最终用户；q培训、咨询、安装维护等服务提供者。第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状第二节 国内外发展现状内部交流，不得外传26六、机器视觉的产业链和从业者格局q机器视觉产业链（直接利益者）厂家最终用户代理商OEM客户系统集成商第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状第二节 国内外发展现状内部交流，不得外传27六、机器视觉的产业链和从业者格局q中国机器视觉产业链的缺失厂家最终用户OEM客户系统集成商第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状第二节 国内外发展现状内部交流，不得外传28七、机器视觉的主要技术趋势和市场趋势q机器视觉的技术趋势q高速化、高分辨率、彩色q低功耗、智能化、模块化、傻瓜化q先进数字网络q特殊应用q机器视觉的市场趋势q价格下降、使用方便，向中低端应用扩展q性能提高、可靠性提高，解决复杂高端问题q行业应用增加q分工细化，利润在产业链中的重新分配q与相关技术结合更加紧密第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状第二节 国内外发展现状内部交流，不得外传29八、机器视觉在中国的发展概述q机器视觉在中国的几个阶段q概念导入q培育从业者q树立样板、教育市场q视觉从业者快速膨胀q行业应用开始加速q机器视觉在中国未来几年的展望q开始形成商业模式q本土供应商的成长q市场较快形成一定规模q中国特色应用第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状第二节 国内外发展现状内部交流，不得外传30九、中国市场的竞争者及其产业链分析q国际供应商q高端视觉供应商q中低端视觉供应商q光学元件供应商q照明以及附件供应商q国际供应商的市场策略q本地化举措q本土供应商q板卡、智能相机开发q软件开发q系统开发q应用集成q代理分销q生存战略第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状第二节 国内外发展现状内部交流，不得外传31十、本土供应商面临的机会和威胁q主要机会：市场快速发展q市场快速发展，且层次丰富q技术逐渐成熟到可接受水平q价格优势明显q服务优势q主要威胁：我们来得及吗？q品牌方面的劣势，建立客户信任需要时间成本q进口产品大量进入，生命周期缩短，利润下降q外企本地化加速，成本下降，响应加快q研发积累方面的差距，创新或领先困难q自身资源和能力制约第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状第二节 国内外发展现状内部交流，不得外传32十一、用户期望获得价值q更有行业针对性的解决方案q更加行业专业化的经验积累q更好的性价比q更广泛的产品配置方案q更紧密的合作伙伴关系q更有效地提高客户自身产品的竞争力第一讲：机器视觉概述及国内外发展现状第二节 国内外发展现状内部交流，不得外传33机器视觉硬件基础知识第二讲机器视觉培训系列教程内部交流，不得外传34第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识q基本概念q分类q成像原理及参数间关系第一节 工业镜头第一节 工业镜头内容提要内部交流，不得外传35第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、镜头基本概念(1)成象面成象面工作距离（工作距离（WD）景深（景深（DOV）视视野野（FOV）后焦面距离后焦面距离第一节 工业镜头内部交流，不得外传36第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、镜头基本概念（2）q视野(FOV)图象采集设备所能够覆盖的范围，它可以是在监视器上可以见到的范围，也可以使设备所输出的数字图象所能覆盖的最大范围.q最大/最小工作距离（Work Distance）从物镜到被检测物体的距离的范围，小于最小工作距离大于最大工作距离系统均不能正确成像.q景深（Depth Of Field）在某个调焦位置上，景深内的物体都可以清晰成像。景深可以用45度倾角的目标进行标定。一般情况下，只要清晰度能满足要求就可以了。第一节 工业镜头内部交流，不得外传37第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、镜头基本概念（3）q畸变 几何畸变指的是由于镜头方面的原因导致的图象范围内不同位置上的放大率存在的差异。几何畸变主要包括径向畸变和切向畸变。如枕形或桶形失真。第一节 工业镜头内部交流，不得外传38第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、镜头基本概念（4）q镜头接口mC-MOUNT镜头的标准接口之一，镜头的接口螺纹参数：公称直径：1“螺距：32牙mCSMount是CMount的一个变种，区别仅仅在于镜头定位面到图像传感器光敏面的距离的不同，CMount 是17.5mm，CSMount是12.5mm。mC/CS能够匹配的最大的图象传感器的尺寸不超过1“。第一节 工业镜头内部交流，不得外传39第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、镜头基本概念（5）q成像面 可以在镜头的像面上清晰成像的物方平面q光圈（F值）/相对孔径光圈是一个用来控制镜头通光量装置，它通常是在镜头内，表达光圈大小。用F值来表示，如f1.4，f2，f2.8 etc.相对孔径是镜头入瞳直径与焦距的比值，与光圈的F值是倒数关系。q焦距焦距是像方主面到像方焦点的距离。如16mm,25mm第一节 工业镜头内部交流，不得外传40第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、镜头基本概念（6）q分辨率测量系统能够重现的最小的细节的尺寸常常用每毫米线对来表示，也就是根据这个镜头能够分辨一毫米内多少对直线。选择镜头的时候必须注意厂商给出的分辨率的定义方式。qlp/mm(line pair per mm)lp/mm是表征分辨率的最简单的指标，但不是最佳指标，最佳的指标是镜头的调制传递函数MTF。第一节 工业镜头内部交流，不得外传41第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、镜头基本概念（7）q镜头的调制传递函数MTF第一节 工业镜头内部交流，不得外传42第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、镜头基本概念（8）q镜头的调制传递函数MTF第一节 工业镜头内部交流，不得外传43第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、镜头基本概念（9）q镜头的调制传递函数MTFMTF能够同时表征系统重现物方空间的几何和灰度细节能力，是衡量成像系统性能的最佳方式。对于一个实际的成像系统，细节密集地方的对比度要小于细节稀疏位置的对比度成像系统中的每个环节都对系统最终的MTF产生影像，包括滤色片，镜头，图象传感器，后期处理电路等等。第一节 工业镜头内部交流，不得外传44第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、镜头基本概念（10）q系统的调制传递函数MTF第一节 工业镜头内部交流，不得外传45第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识二、镜头的分类（1）按照等效焦距分为q广角镜头 等效焦距小于标准镜头（等效焦距为50mm）的镜头。特点是最小工作距离短，景深大，视角大。常常表现为桶形畸变。q中焦距镜头 焦距介于广角镜头和长焦镜头之间的镜头。通常情况下畸变校正较好。q长焦距镜头 等效焦距超过200mm的镜头。工作距离长，放大比大，畸变常常表现为枕形状畸变。等效焦距计算方法：实际焦距43mm 镜头成像圆的直径第一节 工业镜头内部交流，不得外传46第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识二、镜头的分类（2）按照功能分q变焦距镜头 镜头的焦距可以调节，镜头的视角，视野可变q定焦距镜头 镜头的焦距不能调节，镜头视角固定。聚焦位置和光圈可以调节q定光圈镜头 光圈不能调节，通常情况下聚焦也不能调节。第一节 工业镜头内部交流，不得外传47第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识二、镜头的分类（3）按照用途分q微距镜头（或者称为显微镜头）用于拍摄较小的目标具有很大的放大比q远心镜头 包括物方远心镜头和像方远心镜头以及双边远心镜头。第一节 工业镜头内部交流，不得外传48第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识二、镜头的分类（4）q关于远心镜头 远心指的是一种光学的设计模式：系统的出瞳和入瞳的位置在无限远处。第一节 工业镜头内部交流，不得外传49第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识二、镜头的分类（5）q远心镜头特性 物方远心镜头可以消除透视畸变，像方远心镜头可以获得更好的像面照度的均匀性。第一节 工业镜头内部交流，不得外传50第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识二、镜头各个参数间关系（1）q光圈大通光能力大，光圈小通光能力小；q光圈小则景深大，光圈大则景深小；第一节 工业镜头内部交流，不得外传51第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识二、镜头各个参数间关系（2）q焦距越大，景深越短q景深较短第一节 工业镜头内部交流，不得外传52第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识三、镜头各个参数间关系（3）第一节 工业镜头正确曝光所需光量正确曝光所需光量 （相当于桶的容积，（相当于桶的容积，正确拍照标准是得正确拍照标准是得到恰好的光量。正到恰好的光量。正确曝光的标准就是确曝光的标准就是用用 “水水”将这个将这个“桶桶”充满）充满）工作距离工作距离 （距离越远，所需（距离越远，所需时间越长）时间越长）光圈光圈 （相当于水龙头开（相当于水龙头开关，开得越大，所关，开得越大，所需时间越短）需时间越短）光线强度光线强度 （相当于水压，水（相当于水压，水压越大，所需时间压越大，所需时间越短）越短）光线光线 （相当于水）（相当于水）正确曝光时间正确曝光时间 （相当于以当前的（相当于以当前的水压、龙头开关大水压、龙头开关大小、距离，将桶装小、距离，将桶装满的时间满的时间内部交流，不得外传53第一节 CCTVCCTV镜头镜头专业摄影镜头专业摄影镜头远心镜头远心镜头价格价格低低中中高高分辨率分辨率低低（20L/MM20L/MM）中中（4080L/MM4080L/MM）高高畸变畸变高高中中低低焦距选择范围焦距选择范围广泛广泛25MM/75MM/50MM25MM/75MM/50MM广泛广泛25MM/75MM/50MM25MM/75MM/50MM狭窄狭窄使用灵活性使用灵活性高高中中低低适合应用适合应用低精度测量低精度测量/简单简单检测检测标准精度测量标准精度测量/定定位位高精度测量高精度测量/纵深纵深测量测量四、常见镜头对比第三讲：机器视觉光学系统选型内部交流，不得外传54讨论与答疑第一节 工业镜头第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识内部交流，不得外传2024/4/21 周日周日55内部交流，不得外传56第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识q基本概念q基本结构q成像原理q分类与发展趋势第二节 工业相机第二节 工业相机内容提要内部交流，不得外传57第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、工业相机的基本概念（1）q传感器的尺寸 图像传感器感光区域的面积大小。这个尺寸直接决定了整个系统的物理放大率。如：1/3“、1/2”等。绝大多数模拟相机的传感器的长宽比例是4:3(H:V)，数字相机的长宽比例则包括多种：1:1,16:9,3:2 etc.第二节 工业相机内部交流，不得外传58第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、工业相机的基本概念（2）q物理放大率 传感器感光面积于视野的比值，整个参数基本取决于镜头q系统放大率 最后显示环节上目标的尺寸于实际目标尺寸的比值。系统放大率取决于物理放大率和显示系统的阐述。对于自动测量和检测系统而言，物理放大率具有关键的意义。系统放大率仅仅对于需要人机交互进行检测的系统有意义q像素（Pixel=picture+element）传感器感光面上最小感光单位。第二节 工业相机内部交流，不得外传59第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、工业相机的基本概念（3）q分辨率(Resolution)模拟制式相机的分辨率取决于传感器上像素的数目以及后期处理电路的质量，数字相机的传分辨率则直接取决与传感器上像素的数目。480768640480760574美制美制 RS RS 170 Norm 170 Norm欧制欧制 CCIR-NormCCIR-Norm第二节 工业相机内部交流，不得外传60第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、工业相机的基本概念（4）q像素长宽比 指传感器上像素水平和垂直方向节距的比值，对于正方形的象素来说，其比值为1：1。此参数，对于系统的标定有直接影响。q快门速度（Shutter Speed）CCD/CMOS相机多数采用电子快门，通过电信号脉冲的宽度来控制传感器的光积分（曝光）时间。对于一般性能的的相机快门速度可以达到1/10000-1/100000秒。q帧频率（Frame Rate）相机每秒中能够输出图象的帧数，对于模拟制式相机，这个频率是固定值，对于数字相机，是个可变的值。q像素速率（Pixel Rate）相机每秒中能够输出像素的个数，仅仅对于数字相机有意义。第二节 工业相机内部交流，不得外传61第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、工业相机的基本概念（5）q卷帘快门（Rolling Shutter）多数CMOS图象传感器上使用的快门，其特征是逐行曝光，每一行的曝光时间不一致。q全局快门（Global Shutter）CCD传感器和极少数CMOS传感器采用的快门，传感器上所有像素同时刻曝光。第二节 工业相机内部交流，不得外传62第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、工业相机的基本概念（6）q相机扫描方式m隔行扫描（Interlace）35246第二节 工业相机内部交流，不得外传63第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、工业相机的基本概念（7）q相机扫描方式 逐行扫描（Progressive scan）35241第二节 工业相机内部交流，不得外传64第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、工业相机的基本概念（8）q异步触发 通常情况下相机是一帧一帧拍摄的，所以进行高速拍摄的时候最高的同步精度不可能超过一帧图像的周期，对于某些支持异步触发的相机，可以在当前帧扫描尚未完成的情况下，将当前帧抛弃，直接开始新一帧图象的扫描，可以使得告诉拍摄的同步精度达到一行的扫描周期。q最低照度 又称灵敏度，衡量相机对光线敏感程度的指标。通常情况下是指相机获得30最大输出值时候所需的照度。单位是Lux。q局部扫描 多数数字相机支持仅仅输出传感器上某一部分像素，这些像素位于某个矩形窗口内。通过具备扫描可以获得更高的桢频率。第二节 工业相机内部交流，不得外传65第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、工业相机的基本概念（9）q传感器的光谱下面是一个典型的CCD图像传感器对于不同光谱的响应曲线。第二节 工业相机内部交流，不得外传66第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、工业相机的基本概念（10）q信号格式模拟图象信号的格式包括：复合视频信号，Y/C分离信号，RGB分量信号。绝大多数周边设备都能够兼容这些信号格式。通常情况下对于彩色视频信号，Y/C分离传输的方式优于复合视频传输的方式，RGB分量传输的方式又优于Y/C分离传输方式。数字相机的信号传输格式更为复杂，目前普遍应用的包括：*IEEE-1394(Fire Wire)*USB2.0 *CameraLink *Ethernet，包括传输未经压缩影像的千兆协议和传输经过压缩影像的百兆协议。上述数字相机的传输方式无论是在机械上还是在电气上都是不兼容的。第二节 工业相机内部交流，不得外传67第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识二、工业相机的基本结构Digital Image Processing ModuleLens MountIR FilterImage SensorDrive CircuitTransmitting Controller Video SignalChannel to control the camera 机器视觉培训系列教程（基础入培训）第二节 工业相机内部交流，不得外传68第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识三、工业相机的基本原理1q图像传感器（Image sensor）：是一个由N行及M列感光单元（CCD Pixel）组成的矩阵。qCCD的基本工作原理：当光子撞击到硅原子上时，会产生自由电子，再将这些自由电子收集在一起形成信号。感光单元感光单元(CCD Pixcel)工作原理工作原理第二节 工业相机内部交流，不得外传69第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识三、工业相机的基本原理2qCCD的电荷存储器：能够存储一定量的电子。将电子释放出来之后所形成的电流，便可以量化地代表感光面上某点的明暗信息。qCCD成象的“溢出”（Blooming）问题：当CCD象素接收到过多的光子，存储器中所收集的自由电子就会向周边的象素“溢出”。致使整个区域成象变亮。光子光子CCD象素象素自由电子自由电子溢出溢出第二节 工业相机内部交流，不得外传70第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识三、工业相机的基本原理3q相机拍照时间示意图m电子快门时间可由用户自己设置。但相机传输速率（Frame rate）是相对固定的。因此，传输速率是相机的成像速度的“瓶颈”。例：电子快门速度可达1/1000秒，但成像却只能达到60帧/秒。电子快门时间电子快门时间图象传输时间图象传输时间单帧图象完整拍照时间单帧图象完整拍照时间第二节 工业相机内部交流，不得外传71第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识q按照图象传感器区分CCD相机：使用CCD感光芯片为图象传感器的相机 CMOS相机：使用CMOS感光芯片为图象传感器的相机 q按照输出图像颜色区分：单色相机：输出图象为单色图像的相机。彩色相机：输出图象为彩色图像的相机。四、工业相机分类（1）第二节 工业相机内部交流，不得外传72第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识q按照传感器类型区分面扫描相机传感器上像素呈面状分布的相机，其所成图象为二维“面”图象。线扫描相机传感器上呈线状（一行或三行）分布的摄像机，其所成图象为一维“线”图象。四、工业相机分类（2）第二节 工业相机内部交流，不得外传73第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识q按输出信号区分 模拟信号相机从传感器中传出的信号，被转换成模拟电压信号，即普通视频信号，后再传到图象采集卡中。数字信号相机信号自传感器中的像素输出后，在相机内部直接数字化并输出。四、工业相机分类（3）第二节 工业相机内部交流，不得外传74第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识四、工业相机分类（5）彩色VS黑白 黑白相机的每个像素仅仅采集亮度信号，对于彩色相机，则是借助于一个Bayer滤色片让每个像素来采集图象特定的色彩分量，然后利用后期的电路再重建出真实色彩，所以黑白相机的分辨率通常比具有同样像素数目和同级别后期处理电路的彩色相机搞出1020（in TVL).此外由于没有覆盖Bayer滤色片，黑白相机在弱光下面的灵敏度也更好一些。但是彩色相机在检测那些具有色彩敏感信息的目标的时候具有突出的优势。当然黑白相机也可以通过对光源色彩的控制实现这一功能。如果需要更高质量的彩色视频，就需要采用3CCD技术的彩色相机。第二节 工业相机内部交流，不得外传75第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识四、工业相机分类（6）模拟相机 VS.数字相机 相对来说模拟相机的价格比较低廉，使用比较简单。但是模拟相机存在一个分辨率和帧频率的上限，而且对于传输过程中的噪声和损耗也较为敏感。数字相机，通常具有更高的分辨率，当然价格也更昂贵，而且牵涉到比较复杂的安装调试工作，即使这个系统只需要最简单的功能，数字相机的传输距离通常较模拟相机短。第二节 工业相机内部交流，不得外传76第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识q数字相机最终将取代传统模拟相机qCMOS芯片最终将取代传统CCD芯片qCAMERALINK数字接口技术将流行qFIREWIRE数字接口采集卡将被广泛使用q专业的机器视觉专用相机将成为发展趋势五、工业相机的发展趋势第二节 工业相机内部交流，不得外传77讨论与答疑第二节 工业相机第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识内部交流，不得外传78第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识q概述q光源的种类q光源的照射方式q颜色选择第三节 机器视觉光源第三节 机器视觉光源内容提要内部交流，不得外传79第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识第三节 机器视觉光源q概述m照明系统是机器视觉系统最为关键的部分，往往关系到系统的成败m目的：将目标与背景尽可能地明显区分m穏定均匀的光源極其重要m光源是基准，打光是艺术内部交流，不得外传80第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识第三节 机器视觉光源q光源的种类高频荧光灯光纤卤素光源LED光源内部交流，不得外传81第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识第三节 机器视觉光源q光源照射方高频荧光灯光纤卤素光源LED光源内部交流，不得外传82q光源照射方式：背光测量系统的最佳选择第三节 机器视觉光源第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识内部交流，不得外传83高角度照明高角度照明q光源照射方式：亮场最直接的照明第三节 机器视觉光源第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识内部交流，不得外传84低角度照明低角度照明q光源照射方式：暗场适合光滑表面的照明第三节 机器视觉光源第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识内部交流，不得外传85三维深度信息三维深度信息激光或线性光源激光或线性光源固定角度照射固定角度照射q光源照射方式：结构光最简便的三维测量方法第三节 机器视觉光源第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识内部交流，不得外传86待测物长度信息待测物长度信息待测物高度信息待测物高度信息q光源照射方式：影子的利用最不直接的测量第三节 机器视觉光源第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识内部交流，不得外传8750%分束片分束片q光源照射方式：同轴光昂贵的灯第三节 机器视觉光源第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识内部交流，不得外传88q光源颜色选择第三节 机器视觉光源第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识内部交流，不得外传89第三节 机器视觉光源第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识内部交流，不得外传90常用灯源分析萤光灯萤光灯卤素灯卤素灯+光纤导管光纤导管LEDLED灯源灯源价格价格低低高高中中亮度亮度低低高高中中稳定性稳定性低低中中高高闪光装置闪光装置无无无无有有使用寿命使用寿命中中低低高高光线均匀度光线均匀度高高中中低低多色光多色光无无无无有有复杂设计复杂设计低低中中高高温度影响温度影响中中低低高高第三节 机器视觉光源第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识内部交流，不得外传91机器视觉光学系统选型第三讲机器视觉培训系列教程内部交流，不得外传92第三讲：机器视觉光学系统选型q获得完美图像的6大要素q光学系统选型流程q如何选择相机q如何选择镜头q如何选择光源内容提要内部交流，不得外传93第一节 一、获得完美图像的6大要素（1）：高系统精度q系统精度（System accuracy）X方向系统精度（X方向象素值）视野范围（X方向）CCD芯片象素数量（X方向）Y方向系统精度（Y方向象素值）视野范围（Y方向 CCD芯片象素数量（Y方向）该指标取决于，相机分辨率及视野（FOV）FOV：100MM500 象素象素象素值象素值=0。2 MM第三讲：机器视觉光学系统选型内部交流，不得外传94第一节 一、获得完美图像的6大要素（1）：高系统精度q最佳视野（FOV）：让视觉系统“关心”的部分尽可能“充满”视野。通俗来说，FOV越小越“好”。相机分辨率相同视野越小系统精度越高视野相同相机分辨率越高系统精度越高 适合的视野适合的视野不适合的视野不适合的视野调整调整系统关心的部分系统关心的部分第三讲：机器视觉光学系统选型内部交流，不得外传95第一节 一、获得完美图像的6大要素(2)：清晰成象q确定图像中所要检测的部分处于清晰的焦距之内q当图像中检测部分不处于同一焦平面时，需要考虑镜头的景深q注意：每一款镜头都有固定的“最短焦距”q注意：每一款镜头相对于固定的光圈，都有自己固定的景深q注意：缩小光圈可以加大景深。同时为保证正确曝光需要提高光强q注意：小光圈拍照，可以使图像获得更多“细节”，图像效果更好第三讲：机器视觉光学系统选型内部交流，不得外传96第一节 一、获得完美图像的6大要素(3)：避免畸变q在定位及高精度测量的系统中，镜头畸变的影响尤其重要使用远心镜头进行系统标定真实世界真实世界镜头畸变产生的图像镜头畸变产生的图像第三讲：机器视觉光学系统选型内部交流，不得外传97第一节 一、获得完美图像的6大要素（4）：保持待测物体在成象中大小一致q在定位及识别系统中，这一点尤为重要控制待测目标位置相机拍照角度第三讲：机器视觉光学系统选型内部交流，不得外传98第一节 一、获得完美图像的6大要素（5）：图像中待测部分反差最大化q对于一个视觉系统来说，“黑白分明”的图像才是好图像选择适合的灯源待测部分待测部分第三讲：机器视觉光学系统选型内部交流，不得外传99第一节 一、获得完美图像的6大要素（6）：恰当的照明与曝光q避免阴影如果图像中待测区域处于阴影之下，图像将不能提供足够的反差，这将严重影响系统检测的精度q避免过亮如果照明过亮，区域内亮部的光线会反射进暗部的区域，造成暗部区域内的细节损失如果曝光过度，会产生CCD“溢出”现象q避免光线变化如果照明系统发生明暗变化，会造成图像明暗变化。这将直接影响系统运行的稳定性q避免外界影响注意系统周围环境的影响，如生产线上的照明系统、室外阳光等等可移动的人或物会遮挡系统照明第三讲：机器视觉光学系统选型内部交流，不得外传100第一节 一、获得完美图像的6大要素：q小结#1：获得完美图像的6大要素及控制因素高系统精度。控制因素：视野、相机分辨率。清晰成象。控制因素：镜头、灯源避免畸变。控制因素：镜头、系统标定保持待测物体在成象中大小一致。控制因素：视野、拍照角度、待测物位置反差最大化。控制因素：灯源恰当的照明与曝光。控制因素：灯源、镜头q小结#2：如何获得完美图像选择适合的灯源、镜头、相机学会如何使用、控制灯源、镜头、相机第三讲：机器视觉光学系统选型内部交流，不得外传101第三讲：机器视觉光学系统选型内部交流，不得外传102第三讲：机器视觉光学系统选型 用户需求调查表序号 问题问题 说明说明 1 检测什么？检测的目标物是什么？形状是什么样的？2 检测哪些指标？具体检测什么指标？有无？状态？尺寸？位置？粘连？差异？毛刺？颜色？3 目标多大？物体具体尺寸是多少？4 工作距离？安装摄像机到被测物体的距离最大允许多远？能否自由调节？5 分辨率多高？测量尺寸精度要求多少？6 检测速度多快？全自动测量还是手动？每分钟测量多少个？7 安装空间 被测零件周围是否有安装光源的位置？是否有合适安装摄像头的位置？怎样固定比较合适？8 颜色？被测物体是什么颜色的？我们是否需要对颜色判别？是否可以利用颜色差异帮助我们实现检测目的？9 材质 物体是什么材料的，表面光学性质怎样？10 合格判据？什么定义为合格不合格？11 工位信号？有工位触发信号还是需要自动连续拍摄图像？12 剔除方式 是否需要自动剔除次品？怎样对不合格品进行剔除？使用什么信号格式？在什么位置进行剔除？13 工作环境 工作环境的温度、湿度、粉尘、防水、杂散光线 情况 内部交流，不得外传103二、参数设计第三讲：机器视觉光学系统选型内部交流，不得外传104三、相机选型第三讲：机器视觉光学系统选型内部交流，不得外传105四、镜头选型第三讲：机器视觉光学系统选型内部交流，不得外传106第二节 五、光源选型流程 第三讲：机器视觉光学系统选型内部交流，不得外传107Thank YouqExpect Excellence内部交流，不得外传2024/4/21 周日周日108