机器视觉相机镜头选型与应用PPT文档.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,机器视觉,相机,、镜头,介绍,An Introduction of Machine Vision Camera,and Lens,苏州方向科技有限公司版权所有,Suzhou Compass Technology Corp.Ltd.Copyrights 2011-2012,1,Topic,内容,机器视觉,相机、镜头,基础知识,典型案例,2,工业相机,相机常见分类,按照芯片类型可以分为,CCD,相机、,CMOS,相机；,按照传感器的结构特性可以分为线阵相机、面阵相机；,按照扫描方式可以分为隔行扫描相机、逐行扫描相机；,按照分辨率大小可以分为普通分辨率相机、高分辨率相机；,按照输出信号方式可以分为模拟相机、数字相机；,按照输出色彩可以分为单色（黑白）相机、彩色相机；,3,工业相机的基本参数,1.,分辨率,(Resolution):,相机每次采集图像的像素点数,(Pixels),，对于数字工业相机机一般是 直接与光电传感器的像元数对应的，对于模拟相机机则是取决于视频制式，,PAL,制为,768*576,，,NTSC,制为,640*480,。,2.,像素深度,(Pixel Depth):,即每像素数据的位数，一般常用的是,8Bit,，对于数字工业相机机一般还会有,10Bit,、,12Bit,等。,3.,像元尺寸,(Pixel Size):,像元大小和像元数,(,分辨率,),共同决定了相机机靶面的大小。目前数字工业相机像元尺寸一般为,3m-10m,，一般像元尺寸越小，制造难度越大，图像质量也越不容易提高。,Field Of View,Pixel Size =,Camera Resolution,4,工业相机的基本参数,3.,帧速率,(Frame Rate):,相机采集传输图像的速率，对于面阵相机机一般为每秒采集的帧数,(Frames/Sec.),，对于线阵相机机为每秒采集的行数,(Hz),。,4.,曝光方式,(Exposure),和快门速度,(Shutter):,对于线阵相机都是逐行曝光的方式，可以选择固定行频和外触发同步的采集方式，曝光时间可以与行周期一致，也可以设定一个固定的时间；面阵工业相机有帧曝光、场曝光和滚动行曝光等几种常见方式，数字工业相机机一般都提供外触发采图的功能。快门速度一般可到,10,微秒，高速工业相机还可以更快。,5.,传感器尺寸,(Sensor Size),如,1/2”1/3”2/3”,等。传感器尺寸越大,理论上可以聚集更多的感光单元,可以获得更高的相素。在相素不变的情况下,相机传感器尺寸越大,噪点控制能力越强,因为单个感光元件之间的间距越大,相互之间的信号干扰越小,.,5,常用的工业相机品牌,品牌,产地,相机类型,THE IMAGING SOURCE,美国,线阵相机、面阵相机,IDS uEye,美国,线阵相机、面阵相机、,智能相机,Microscan,美国,面阵相机、,智能相机,JAI,丹麦,线阵相机、面阵相机、,摄像机,Dalsa,加拿大,线阵相机、面阵相机,Teli,日本,线阵相机、面阵相机,COGNEX,美国,智能相机,6,I-Cite,支持的工业相机品牌,品牌,品牌,品牌,MV1000,Pci1424,uEye Direct,PX610,DM4X1,Picolo,PXR800,DFGBW1,Dalsa X64-CL Express,IMPERXVCE,Epix Pixci SI,SenTech Direct,MicroPix,Domino Mini,Leutron Direct,DirectShow,Matrox Meteor II,JAI Direct,OpteonDirect,Domino Alpha 2 Async,Dalsa Genie,7,工业镜头的接口,C,型：,C,型接口镜头与摄像机接触面至镜头焦平面（摄像机,CCD,光电感应器应处的位置）的距离为,17.5mm,CS,型：,CS,型接口此距离为,12.5mm.,CS,型镜头与,CS,型摄像机可以配合使用。,C,型镜头与,CS,型摄像机之间增加一个,5mm,的,C/CS,转接环可以配合使用。,CS,型镜头与,C,型摄像机无法配合使用。,F,型：通用型接口，,一般适用于焦距大于25,mm,的镜头,工业镜头,C,型口与,CS,型口区别,接圈,8,工业镜头的基本参数,视场,(Field of view,即,FOV,，也叫视野范围,),：,指观测物体的可视范围，也就是充满相机采集芯片的物体部分。（,视场范围是选型中必须要了解的,）,工作距离,(Working Distance,即,WD):,指从镜头前部到受检验物体的距离。即清晰成像的表面距离（,选型必须要了解的问题，工作距离是否可调？包括是否有安装空间等,）,分辨率：,图像系统可以测到的受检验物体上的最小可分辨特征尺寸。在多数情况下，视野越小，分辨率越好。,景深,(Depth of view,，即,DOF),：,物体离最佳焦点较近或较远时，镜头保持所需分辨率的能力（,需要了解客户对景深是否有特殊要求？）,9,工业镜头的基本参数,焦距（,f,）,焦距，是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式，指从透镜的光心到光聚集之焦点的距离。亦是照相机中，从镜片中心到底片或,CCD,等成像平面的距离。,焦距大小的影响情况：,焦距越小，景深越大；焦距越小，畸变越大；焦距越小，渐晕 现象越严重，使像差边缘的照度降低；,10,工业镜头的基本参数,失真（,distortion,）：（,衡量镜头性能的指标之一,）,又称畸变，指被摄物平面内的主轴外直线，经光学系统成像后变为曲线，则此光学系统的成像误差称为畸变。畸变像差只影响影像的几何形状，而不影响影像的清晰度。,光圈与,F,值,光圈是一个用来控制镜头通光量装置，它通常是在镜头内。表达光圈大小我们是用,F,值，如,f1,。,4,，,f2,，,f2,。,11,工业镜头的基本参数,光圈大小的影响情况：,光圈越大，图像亮度越高；,景深越小；分辨率越高；,像场中央与边缘：,一般像场中心较边缘分辨率高；,像场中心较边缘光场照度高,光波长度的影响：,在相同的工业相机及镜头参数条件下，照明光源的光波波长越短，得到的图像的分辨力越高。所以在需要精密尺寸及位置测量的视觉系统中，尽量采用短波长的单色光作为照明光源，对提高系统精度有很大的作用。,12,工业镜头的基本参数,用于计算主要缩放比例的公式如下：,PMAG=CCD Size/FOV,图,2:,主要缩放比例、感光芯片尺寸和视场的关系示意图,光学放大倍数,13,工业镜头的主要类别：常用摄像镜头,主要参数有焦距,f,光圈数,F,和视场,2,.,经验公式：,1/,F*tan,f=C,F,型接口类型摄像镜头焦距表,（,mm,）,C,CS,型接口类型摄像镜头焦距表,(,mm),类型,鱼眼型,超广角型,广角型,标准型,焦距,7.5,15,17,20,24,28,35,50,类型,1/3,1/3,1/2,2/3,1,焦距,2.8-3.5,3.5-6,8-75,常用摄像镜头参数,14,近摄透镜,在摄像镜头前端拧上一个近摄透镜，可以摄取到更近距离目标的像。采用近摄镜后，目标像的畸变增大了，为此，近摄透镜的屈光率不能太大，使原工作距离的缩短量一般不超过20,。,工业镜头的主要类别：近摄镜头,近摄镜头,15,与近摄镜头相反，为了对远距离目标摄取到清晰图像，要采用远摄镜头。这种镜头是一长焦距镜头。远摄镜头可以是折射系统、反射系统或折反射系统。反射式远摄镜头常采用卡塞格林式远摄镜头.折反式远摄镜头由于采用前部校正透镜，其成像质量更加良好,.,工业镜头的主要类别：远摄镜头,远摄镜头镜,16,物方远心镜头,物方远心镜头采用平行光路设计，将孔径光阑放置在光学系统的像方焦平面上。,可以消除透视畸变,常用于工业精密测量，畸变极小。,工业镜头的主要类别：远心镜头,远心镜头,17,像方远心镜头,像方远心镜头是将孔径光阑放置在光学系统的物 方焦平面上，而像方的主光线平行于光轴。,可以获得更好的像面照度的均匀性,图像不会出现阴影，常用于医学图像处理。,工业镜头的主要类别：远心镜头,远心镜头,18,常用的工业镜头品牌,品牌,产地,镜头类型,施耐德,Schneider,德国,定焦、远心,卡尔蔡司,Zeiss,德国,定焦、远心,Tron,日本,定焦、定倍、远心、连续变倍,Moritex,日本,定焦、定倍、远心、连续变倍,SPACECOM,日本,百万像素定焦,COMPUTAR,日本,百万像素定焦,宾得,PENTAX,日本,百万像素定焦,腾龙,TAMRON,日本,百万像素定焦,精工,日本,百万像素定焦,VST,日本,定焦、定倍、远心、连续变倍,KOWA,日本,百万像素定焦,19,常用镜头图片,定倍远心镜头,Navitar zoom6000,连续变倍镜头组件,Navitar zoom6000,连续变倍镜头,定焦镜头,20,工业镜头的选择要点,1,、视野范围、光学放大倍数及期望的工作距离：在选择镜头时，我们会选择比被测物体视野稍大一点的镜头，以有利于运动控制。,2,、景深要求：对于对景深有要求的项目，尽可能使用小的光圈；在选择放大倍率的镜头时，在项目许可下尽可能选用低倍率镜头。如果项目要求比较苛刻时，倾向选择高景深的尖端镜头。,3,、芯片大小和相机接口：例如,2/3,”,镜头支持最大的工业相机耙面为,2/3,”,它是不能支持,1,英寸以上的工业相机。,4,、注意与光源的配合，选配合适的镜头。,5,、可安装空间：在方案可选择情况下，让客户更改设备尺寸是不现实的。,对镜头的选择，我们首先必须先确定客户需求：,21,典型案例,齿轮项目,该项目的基本要求是：检测齿轮滚轴的安装质量（缺失）和滚轴的直径公差,200,微米。在线检测速度为,2,个,/,秒。,相机的选择：,客户需求,200um,，根据,精度,=FOV/Resolution,，测量齿轮实际大小 为,48mm,，加上边缘宽度，以,60mm,作为,FOV(H),，以此数据算的相机,Resolution=FOV(H)/,精度,=60/0.2=300,故选择,640*480,分辨率,曝光时间至少,1/2 S,的工业相机。,镜头的选择,由于这个项目上对检测环境没有特殊要求，人为设定,WD=200mm,，,CCD Size,根据相机参数,1/4”(,对角线长度,),乘,16,转换为,4mm,，再根据,4:3,的比例，勾股定理算出水平的直角边为,3.2mm,。根据,Focus level/WD=CCD Size/FOV,f=CCD Size*WD/FOV=3.2*200/60=10.6mm,，故选择,12mm,定焦可满足需求。,22,典型案例,齿轮项目,综上所述选择,640*480,分辨率、曝光时间为,1/10000 S,到,30 S,的工业相机，,12mm,定焦,CCTV,镜头。,23,谢谢大家,Any Questions?,24,