机器视觉系统基本构成和各部基本原理PPT课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2025/4/4 周五,机器视觉系统基本构成和各部件基本原理,北京凌云光视数字图像技术有限公司,蔡锐,1,2025/4/4 周五,机器视觉（,Machine Vision),机 器,（,Machine),视 觉,（,Vision),+,机械,运动,控制,觉,(,软件,),视,(,硬件,),包括光源、镜头、相机、图像采集卡等。,机器视觉是一个系统的概念，运用现代先进的控制技术、计算机技术及传感技术，表现为光机电的结合。,凌云公司的口号：,“,致力于为机器植入眼睛和大脑！,”,2,2025/4/4 周五,为什么要采用机器视觉,节省时间,降低生产成本,优化物流过程,缩短机器停工期,提高生产率和产品质量,减轻测试及检测人员劳动强度,减少不合格产品的数量,提高机器利用率,3,2025/4/4 周五,机器视觉应用简介,GIGI,(Gauge,、,Inspection,、,Guide,、,Identification),一、,Gauge(Measurement),4,2025/4/4 周五,机器视觉应用简介,二、,Inspection(,应用范围最广）,5,2025/4/4 周五,机器视觉应用简介,三、,Guide,6,2025/4/4 周五,机器视觉应用简介,四、,Identification,7,2025/4/4 周五,机器视觉原理简介,系统构成：,8,2025/4/4 周五,机器视觉原理简介,一、光源（光源是基准，打光是艺术）,种类：,LED,、萤光灯、卤素灯（光纤光源,),、特殊光源,Garbage In,Garbage Out,特点：,LED,寿命长,/,可以有各种颜色,/,便于做成各种复杂形状,/,光均匀稳定,/,可以闪光；,萤光灯光场均匀,/,价格便宜,/,亮度较,LED,高；,卤素灯亮度特别高,/,通过光纤传输后可做成,9,2025/4/4 周五,光源选择的注意事项,影响因素：,相机的光谱响应特性、,LED,器件（颜色、发光角、亮度、寿命等）、形状、打光方式（,dark fieldbright field,low angle,structure light),、辅助手段（偏光片、滤光片、漫射片等）,选择原则：,满足应用、综合考虑；,理论分析,+,实验；,10,机器视觉原理简介,二、镜头（低通滤波器，完成信号传递）,接口形式：,C-Mount/CS-Mount/F-Mount/Others,镜头类型：标准、远心、广角、,zoom(,变焦放大）、远摄,/,近摄等,选择依据：相机接口,/,物距,/,拍摄范围,/CCD,尺寸,/,畸变的允许范围,/,放大率,/,焦距,/,变焦范围,/,光圈等,11,2025/4/4 周五,接口,主要有螺口和卡口两种,螺口：,0.75,（,M42/M58/M72,等）、,C/CS(32thread/inch),卡口：,F,口,(Nikon),、,Cannon,、,Petax,等,12,2025/4/4 周五,远心镜头,在测量系统中，物距常发生变化，从而使像高发生变化，所以测得的物体尺寸也发生变化，即产生了测量误差；,即使物距是固定的，也会因为,CCD,敏感表面不易精确调整在像平面上，同样也会产生测量误差。,采用远心物镜中的像方远心物镜可以消除物距变化带来的测量误差，而物方远心物镜则可以消除,CCD,位置不准带来的测量误差。,13,2025/4/4 周五,Standard Lens,Telecentric lens,14,2025/4/4 周五,远心镜头,15,机器视觉原理简介,三、相机（光电转换器，完成信号转换）,种类：线,&,面、隔,/,逐、黑,/,彩、数,/,模、低,/,高、,CCD/CMOS,指标：象元尺寸、分辨率、靶面大小、感应曲线、动态范围、灵敏度、速度、噪声、填充因子、体积、质量、工作环境等,工作模式：,Free run,、,Trigger,（多种）、长时间曝光等,代理公司：,DALSA,、,JAI&PULNIX,、,C-CAM,、,IMPERX,、,Syntech,等,A/D,C,C,D,16,2025/4/4 周五,线扫描系统,Encoder,Line,trigger,Page,trigger,Sensor,17,2025/4/4 周五,工业面阵相机系统,Trigger,Proximity sensor,18,2025/4/4 周五,机器视觉原理简介,Bining partial scan rolling shutter,Global shutter interline/frame transfer/full frame,隔行,/,逐行监示器外触发串口通信,时序不同的工作模式,19,2025/4/4 周五,20,2025/4/4 周五,隔行,/,逐行,Vertical ccd register,Horizontal ccd register,Shutter,Odd,Even,Photo diode,(pixel),Xsub,Xsg1,Xsg2,Video,out,Xsub,Vertical ccd register,Horizontal ccd register,Shutter,Photo diode,(pixel),Xsg1,Progressive,Interlace,Moving object,21,2025/4/4 周五,彩色相机,B,l,B,u,b,b=1/2(B,u,+B,l,),R,l,R,u,r,r=1/2(R,u,+R,l,),B,l,b,B,r,b=1/2(Br+B,l,),R,r,r,R,l,r=1/2(Rr+R,l,),B,ll,B,ul,b,B,lr,B,ur,b=1/4(B,ur,+B,ul,+B,ll,+B,lr,),R,ll,R,ul,r,R,lr,R,ur,r=1/4(R,ur,+R,ul,+R,ll,+R,lr,),G,le,g,G,u,G,l,G,r,g=1/4(G,u,+Gr+G,l,+G,le,),R,R,R,G,B,G,B,B,G,G,G,G,R,R,R,G,G,G,B,G,B,B,G,G,R,R,R,G,G,G,Bayer FilterCV-M77,True 3CCDTR-33,22,2025/4/4 周五,数字,/,模拟,JAI CV-A1,JAI CV-M77,JAI CV-A33,DALSA 1M75,23,2025/4/4 周五,CCD Format,1”format,1/2”format,2/3”format,1/3”format,12.8 mm,9.3 mm,16 mm,8.8 mm,6.6 mm,11 mm,6.4 mm,4.8 mm,8 mm,4.4 mm,3.3 mm,6 mm,16 mm,11 mm,8 mm,6 mm,Diagonal:,Type 1,Type 1/2,Type 2/3,Type 1/3,Image,size,Sony:,24,2025/4/4 周五,外触发,Edge Pre Select(EPS),(,fixed),Exposure,Video read out,Trigger,自触发信号下降沿开始曝光,曝,光,时间,为,事,先,设,定,的常数,Pulse Width Control(PWC),Video read out,Exposure,Trigger,自触发信号下降沿开始曝光,曝光,时间,由,触,发,信号,脉,宽,控制,Frame Delay Readout(FDR),自触发信号下降沿开始曝光,曝,光,时间,为,事,先,设,定,的常数,延,迟,输,出,至,下,一,触,发,信号,的,下,降,沿,Exposure,(,fixed),Delay,Video read out,Trigger,Moving object,25,2025/4/4 周五,多相机同时工作,各,相机,用,自己的,时钟,来,运行,外,同,步,外,同,步,信号,输入,所,有,相机,都,使,用,同,一,个,时钟,源,如,果,目标,运动,，,则,会,出,现,图,像,位置,不,一,致,现象,在,1,个,H,内,所,有,图,像,位置,都,非常,一,致,Camera 1,Camera 2,Camera 3,Camera 1,Camera 2,Camera 3,26,2025/4/4 周五,选型时主要考虑因素,分辨率,速度,灵敏度,体积,/,重量,接口,27,机器视觉原理简介,四、采集卡（,完成信号的采集与格式转换,）,分类：,模拟,(,标准和非标准）,/,数字、单通道,/,多通道,主要指标：,采集频率（速度）、接口、,Buffer,大小、预处理功能、支持相机的种类、控制功能、,I/O,点数,代理公司：,Dalsa,、,COGNEX,、,EURESYS,28,2025/4/4 周五,机器视觉原理简介,Dalsa PC2vision,Euresys Picolo pro2,Dalsa X64CL,Euresys Grablink,29,2025/4/4 周五,机器视觉原理简介,相机配置文件（开放式的、非开放式的,cognex,）,附加功能：,LUT,、,DMA,、,Buffer,、,Pixel Resequenc Trigger-to-image Reliability,等,选择原则：接口（相机）、速度、可靠性等满足要求、软件平台、性价比等,30,2025/4/4 周五,机器视觉原理简介,RS-422/LVDS,高速，可靠性高，传输距离远，支持多相机连接。管脚定义不统一，电缆成本高。,Camera Link,高速，高可靠性。不便于多相机连接和集中控制，电缆价格高。,IEE1394,灵活性高，成本低。传输距离短，可靠性低。,USB2.0,灵活性高，成本低。传输距离短，可靠性低，技术不成熟。,Gigabit Ethernet,灵活性高，可扩充性强，支持远距离传输，支持多点传输，技术成熟，鲁棒性强，成本低。,31,机器视觉原理简介,五、图像处理卡（,完成图像处理的各种运算,）,种类：,DSP,、,FPGA,、,PowerPC,32,2025/4/4 周五,机器视觉原理简介,六、图像处理软件（,机器视觉的核心,）,平台：,VisionPro,、,Sapera,、,Wit,、,eVision,33,2025/4/4 周五,机器视觉原理简介,选择及评估图像软件：,选择：性价比、易维护性、现在条件约束、,OEM,商的长远发展；,评估：速度、精度、可靠性（光照、旋转、遮盖、图像质量差、重复测量误差等）,34,2025/4/4 周五,机器视觉原理简介,机器视觉系统的分类,：,Smart Camera;,PC-Based;,Embeded,；,35,2025/4/4 周五,机器视觉原理简介,系统评估及选型：精度速度可靠性,精度：,为什么要达到这么高的精度？高精度意味着高代价。系统的误差分配，系统精度、机台精度、控制传感精度，视觉部分的精度（分辨率、图像质量、安装精度、镜头、标定方法、算法、环境等）,速度：总指标、控制部分、动作的配合及协调、通信速度、采集速度（硬件）、处理速度（计算机硬件、软件算法、图像质量等）,可靠性：硬件的可靠性、软件算法的可靠性及稳定性、系统设计的可靠性等,36,2025/4/4 周五,机器视觉系统设计过程,1,、需求了解,/,分析,/,确认；（前期多沟通很重要）,2,、样品准备,/,测试；（需要客户密切配合）,3,、系统软,/,硬件选型；（保证性价比最好）,4,、系统开发设计；（严格按项目管理方法进行）,5,、现场试运行,/,大量测试；（必不可少，需要配合）,6,、系统的局部修改和完善；（往往耗时较多）,7,、系统验收；,8,、人员培训与系统维护；,37,2025/4/4 周五,谢谢大家！,38,2025/4/4 周五,39,