机器视觉基础知识培训教材(PPT61页)

光学器件
镜头
光学器件
标准镜头
远心镜头
镜头
景深
印刷和纸张检测
光源
目的
➢ 将被测物体与背景尽量明显分别，获得高品质、高对 比度的图像。
重要性 ➢ 直接影响处理精度和速度，甚至系统的成败。
光源
• 目标 – 高对比图像! ➢ 最明显的检测特征点 ➢ 最不明显的“背景”和干扰
• 打光注意事项 ➢ 被检测零件的特征 ➢ 打光技术 ➢ 彩色效果
吸收
反射
传递
漫反射
镜面反射
光源 打光技术
明视场
暗视场
背光
Dome 光
结构光
同轴光
光源 案例
明视场
Dome 光
光源 彩色效果
白光得到各颜色
RV
O
B
YG
单色图像
滤光镜
偏振 ➢用于减少闪烁 ➢塑料或者玻璃
交叉偏光镜
偏光镜
滤光镜应用
无滤色镜
红色滤色镜
绿色滤色镜
相机
工业相机有多种类型
常见的分类方式如下
• 成像系统 ➢ 相机， 光学部件，光源 ➢ 目标 – 特征部分与“背景”形成高反差的图像 ➢ 校正 & 比例缩放
• 检测方法 ➢ 灰度分析（阀值） & 梯度分析 ➢ 图像增强 ➢ 在视场（FOV）内定位产品零件 ➢ 检测分析 – 测量，特征点查找检测，读取等
• 设备通讯 ➢ Pass/Fail 结果状态输出 ➢ 检测数据分析控制输出
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机器视觉基础知识
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机器视觉技术示意图
触发信号
获取图像
图像处理
sensor PLC
Robot
输出
Digital output Serial out TCP/IP out Ethernet I/P
Field Bus
机器视觉系统概述
View ➢ 景深（DOF） – Depth of
Field ➢ 分辨率 - Resolution
CCD & CMOS
• 图像传感器 ➢ 光电探测器网格 (像素阵列) ➢ 转换光亮度级别成电子信号 ➢ CCD vs. CMOS – 转换方式不同
灰度
• 灰度像素深度 ➢ 转换光亮度级别成可测量信号级别 ➢ 0 – 255 (0 – 黑, 255 – 白) ➢ 部分软件使用百分比表示方法(0-100%)
原理是在灯泡内注入碘或溴等卤素气体，在高温下，升华的钨丝与卤素进行化学 作用，冷却后的钨会重新凝固在钨丝上，形成平衡的循环，避免钨丝过早断裂。因此 卤素灯泡比白炽灯更长寿。
卤素灯供电电压通常分为交流220V和直流12V两种。 Baidu Nhomakorabea子：氙气灯泡
光源
LED光源的优势
➢ 可制成各种形状、尺寸及各种照射角度； ➢ 可根据需要制成各种颜色，并可以随时调节亮度； ➢ 通过散热装置，散热效果更好，光亮度更稳定； ➢ 使用寿命长（约3万小时，间断使用寿命更长）； ➢ 反应快捷，可在10us或更短的时间内达到最大亮度； ➢ 电源带有外触发，可以通过计算机控制，起动速度快，可以用作
镜头
镜头兼容芯片尺寸和相机芯片尺寸关系
印刷和纸张检测
光学器件
• 标准镜头 ➢ 成本较低, 尺寸较小 ➢ 透视误差 ➢ 距离的改变会引起大小的改变 ➢ 畸变大 ➢ 较大的检测对象, 特征点检测, 测量相对差
光学器件
• 远心镜头 ➢ 成本较高, 体积较大 ➢ 无透视误差 ➢ 距离不改变大小 ➢ 畸变小 ➢ 较小检测对象, 精准测量
➢黑白相机和彩色相机 ➢面阵相机和线阵相机 ➢CCD相机和CMOS相机 ➢模拟相机，数字相机，智能相机
相机
速度 距离 优势
缺点
CameraLink
Usb2.0
Base: 1.5Gbps Medium: 3.8Gbps Full: 5.1 Gbps
480Mbps
10m
5m
1.带宽高 2.有带预处理功能 的采集设备 3.抗干扰能力强
光源
高频荧光灯
卤 素 灯 LED灯
光源
光源
荧光灯，传统型荧光灯即低压汞灯，是利用低气压的汞蒸气在通电后释放紫外线， 从而使荧光粉发出可见光的原理发光，因此它属于低气压弧光放电光源。
卤素灯泡（英文：halogen lamp），简称为卤素泡或者卤素灯，又称为钨卤灯泡、 石英灯泡，是白炽灯的一个变种。
0 2 7 2 4 5 2 3 0 23 82 0 1 6 8 8 9 4 7 15 89 94 5 4 5 2 1 2 4 17 90 95 97 5 4 3 4 8 3 15 86 92 99 99 0 2 2 6 7 22 89 92 96 99 100 1 4 6 1 18 88 95 100 94 98 99 4 5 9 19 92 94 99 93 97 95 96 2 3 20 80 93 92 91 96 94 98 98 3 9 78 95 95 97 98 97 95 97 100 11 76 94 97 100 99 96 99 100 96 100
纯白 = 255 中等灰度 = 128 纯黑 = 0
CCD & CMOS
填充因数
系统干扰
响应速度 动态范围 建模 速度 图像质量 耗电性能
CCD
高
低 中等
高 快，质量高 中等偏高
高
中等
CMOS
中等 中等
稍快 中等 差 较高
一般
稍微少于CCD
镜头
➢分辨率 ➢焦距 ➢景深 ➢兼容芯片尺寸 ➢远心 ➢畸变
机器视觉系统概述
• 基础术语 • 相机
➢ 图像传感器 ➢ 灰度 & 彩色 • 光学器件(镜头) ➢ 标准镜头 vs. 远心镜头 • 光源 ➢ 基础知识 ➢ 技巧
示意图
➢ 相机 - Camera ➢ 图像传感器 - Image
Sensor ➢ 镜头 - Lens ➢ 工作距离 - Working
Distance ➢ 视场（FOV） – Field of
1.易用 2.价格低 3.多相机
1.价格高
1.无标准协 议 2.CPU占用高
1394a 400Mbps
1394b 800Mbps
4.5m
4.5m
1.易用，价格低，多相 机 2.传输距离远，实际线 缆可达到17.5m，光纤传 输可达100m 3.有标准DCAM协议 4.CPU占用最低
频闪灯； ➢ 运行成本低、寿命长的LED，会在综合成本和性能方面体现出更大
的优势； ➢ 可根据客户的需要，进行特殊设计。
光源
两种常见正向打光方式
暗视野
亮视野
光源
两种常见正向打光方式
亮视野
暗视野
光源
低角度
光源
前向光
照明光源
光源
背光
光源
照射物
白色光 (混合色)
蓝色
其它颜色 被吸收
光源 被检测零件特征