第6章 视觉检测技术

图像检测与处理的基本理论，并以机器
人视觉系统和自动调焦系统为例，说明
视觉检测系统在实际中的应用。
6.1 视觉检测技术概述


6.1.1
视觉检测及特点



视觉检测的基本任务就是要实现物体几何尺寸的 精确检测或对物体完成精确定位。 视觉检测技术就是利用图像检测器件(如CCD摄像 器件) 采集图像，并用计算机模拟人眼的视觉功能， 从图像或图像序列中提取信息，对客观世界的三维景 物和物体进行形态和运动识别。 视觉检测的目的之一就是要寻找人类视觉规律， 而开发出从图像输入到自然景物分析的图像理解系统。 视觉检测具有非接触、动态响应快、量程大、可 直接与计算机联接等优点，视觉检测所能检测的对象 十分广泛，可以说对对象是不加选择的。
传感与检测技术
第六章 视觉及图像检测技术
2018/12/27
引言
人们从外界环境获取的信息中，80% 来自于视觉。其他来自于触觉、听觉、嗅 觉、味觉等感觉器官，当人们的眼睛从自 己周围的环境获取大量信息、并传入大脑 后，由大脑根据知识或经捡，对信息进行 加功、推理等处理工作，最后识别、理解 周围环境，包括环境内的对象物，如运动 物体、物体间的相对位置、形状、大小、 颜色、纹理、运动还是静止等。
CCD和传统底片相比，CCD 更接近于人眼对视 觉的工作方式。只不过，人眼的视网膜是由负责 光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞，分工 合作组成视觉感应。 CCD经过长达42年（1969贝 尔）的发展，大致的形状和运作方式都已经定型。 CCD 的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚 光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。 目前有能力生产 CCD 的公司分别为：SONY、 Philips、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp，大半 是日本厂商。

基于CCD光电耦合器件的输入设备：数字摄像机、数字相 机、平板扫描仪、指纹机等。 CCD光电耦合器件的发展促进了各种视频装置的普及和微 型化，应用遍及航天、遥感、天文、通讯、工业、农业、 军用等各个领域。


一、CCD光敏元件工作原理 CCD基本结构图
电荷藕合器件图像传感器CCD（Charge Coupled Device），它使用一种高感光度的半 导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模 数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过 压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘 卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计 算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要 和想像来修改图像。 CCD由许多感光单位组成，通常以百万像 素为单位。当CCD表面受到光线照射时，每个 感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光 单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完 整的画面。





二、镜头 1.镜头的作用 （1）成像功能（2）聚焦功能 （3）变焦功能 2.镜头的技术指标 (1)焦距 (2)光圈 (3)安装方式 3.镜头的种类 按照焦距大小可以分为广角镜头、标准镜 头、长焦距镜头；按变焦方式可以分为固定焦 距镜头、手动变焦距镜头、电动变焦距镜头； 按光圈方式可以分为固定光圈镜头、手动变光 圈镜头、自动变光圈镜头；按安装方式可以分 为普通安装镜头、隐蔽安装镜头。
6.2
视觉传感器
6.2.1 CCD的基本工作原理 CCD（电荷耦合元件 ）有两种基本类 型：一是电荷包存储在半导体与绝缘体之 间的界面，并沿界面传输，这类器件称为 表面沟道 CCD(SCCD)；二是电荷包存储在 离半导体表面一定深度的体内，并在半导 体内沿一定方向传输，这类器件称为体沟 道或埋沟道器件(BCCD)。

6.1.的视觉传感器可以只包括摄像器件， 广义的视觉传感器除了镜头和摄像器件外，还可 以包括光源、图像存储体和微处理器等部分集成 在一起的数字器件。
一、光源 1.光源的选择 用于视觉检测的光源应满足以下几点要求： （1）照度要适中 （2）亮度要均匀 （3）亮度要稳定 （4）不应产生阴影 （5）照度可调 2.光源的照明方式 光源的照明一般有以下几种方式： (1)漫反射照明方式、(2)透射照明方式、(3)结构 光照明方式、(4)定向照明方式，如图6.1所示。
4.根据多幅二维投影图像恢复出更大 空间区域的投影图像。 计算机视觉要达到的最终目的是实 现利用计算机对于三维景物世界的理解， 即实现人的视觉系统的某些功能。 计算机视觉研究的本质问题就是利 用二维投影图像来重构三维物体的可视 部分。
计算机视觉是一门研究如何使机器“看”的科学， 更进一步的说，就是是指用摄影机和电脑代替人眼，对目 标进行识别、跟踪和测量的机器视觉，并进一步做图形处 理，用电脑处理成为更适合人眼观察或传送给仪器检测的 图像。作为一个科学学科，计算机视觉研究相关的理论和 技术，试图建立能够从图像或者多维数据中获取‘信息’ 的人工智能系统。 三、实现计算机视觉的途径 1.仿生学方法 2.工程方法 摄像器件称为视觉传感器。它的作用相当于人眼的视 网膜。摄像器件的主要作用是将镜头所成的像转变为数字 或模拟电信号输出。它是视觉检测的核心部件。
因此，能够模拟生物宏观视觉功能 的视觉传感器逐渐得到越来越多的关注。 近些年来，随着计算机技术和自动化技 术的迅猛发展，计算机视觉理论发展极 为迅速，视觉传感器以及视觉检测与控 制系统不断在各个领域得到广泛应用， 并成为当今科学技术研究领域的—个重 要发展方向。
本章在对视觉检测技术进行全面概括
的基础上，重点讲述视觉传感器、数字


三、图像存储体 图像存储体可以分为外置式和内置式两种。 外置式图像存储体为独立单元，它一般单 独供电，功能较为全面，可以适用于微机系统、 笔记本电脑、微处理器和可编程控制器等，成 本也较高。 内置式图像存储体一般为卡式结构，称为 图像卡，可以直接插入计算机扩展槽内，使用 方便、成本低，并可以充分利用计算机的软硬 件资源。


6.1.3 计算机视觉 一、计算机视觉： 用计算机来模拟人的视觉机理获取和处理 信息的能力。 二、计算机视觉要达到的目的： 1.根据一幅或多幅二维投影图像计算出观 察点到目标物体的距离。 2.根据一幅或多幅二维投影图像计算出目 标物体的运动参数。 3.根据一幅或多幅二维投影图像计算出目 标物体的表面物理性质。