機(jī)器視覺(jué)基礎(chǔ)知識(shí).ppt

中國(guó)大恒（集團(tuán)）有限公司北京圖像視覺(jué)技術(shù)分公司,主講人：陳欣,機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)概述,提綱,機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)概述照明光源鏡頭工業(yè)攝像機(jī),機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng),機(jī)器視覺(jué)是一門(mén)技術(shù)，該技術(shù)被廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)制造等行業(yè)?？捎脕?lái)保證產(chǎn)品質(zhì)量、控制生產(chǎn)流程、感知環(huán)境等。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)為機(jī)器或自動(dòng)化生產(chǎn)線建立的一套視覺(jué)系統(tǒng)。,機(jī)器視覺(jué)vs人類(lèi)視覺(jué),機(jī)器視覺(jué)vs人類(lèi)視覺(jué),機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)作用,機(jī)器視覺(jué)技術(shù)功能,縮短產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)時(shí)間,100%檢測(cè),100%質(zhì)量保證,提高產(chǎn)量,集成化生產(chǎn),精確測(cè)量,改進(jìn)生產(chǎn)流程,及時(shí)過(guò)程監(jiān)控,機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用領(lǐng)域,高速檢測(cè)精確機(jī)器人導(dǎo)航定位及配準(zhǔn)裝配檢測(cè)PCB檢測(cè)表面檢測(cè)紋理分析遙感,醫(yī)學(xué)圖像分析測(cè)量一維碼讀取OCR&OCV匹配印刷檢測(cè)Blob分析,機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用領(lǐng)域,光學(xué)行業(yè)紙制品藥物照相學(xué)和遙感印刷鐵路運(yùn)輸監(jiān)控航空宇航造船無(wú)線通信交通木材等等,半導(dǎo)體汽車(chē)制造制陶業(yè)化學(xué)業(yè)電子部件及設(shè)備食品業(yè)玻璃業(yè)生命科學(xué)醫(yī)學(xué)鋼鐵礦業(yè),機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)構(gòu)成模擬相機(jī),光源,CCD/CMOS圖像傳感器,鏡頭,被測(cè)物體,模擬視頻流,攝像機(jī),圖像采集卡,圖像,內(nèi)存中,數(shù)字圖像,應(yīng)用,結(jié)果,孔,半徑,1,2,3,3.147mm,3.052mm,2.785mm,機(jī)器視覺(jué)軟件,FGI/O,機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)構(gòu)成數(shù)字?jǐn)z像機(jī),光源,CCD/CMOS圖像傳感器,鏡頭,被測(cè)物體,圖像數(shù)據(jù),數(shù)字?jǐn)z像機(jī)（USB/1394a/1394b/GigE/CameraLink）,圖像,內(nèi)存中,數(shù)字圖像,應(yīng)用,結(jié)果,孔,半徑,1,2,3,3.147mm,3.052mm,2.785mm,機(jī)器視覺(jué)軟件,FGI/O,機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)構(gòu)成智能攝像機(jī),光源,CCD/CMOS圖像傳感器,鏡頭,被測(cè)物體,模擬圖像數(shù)據(jù),智能攝像機(jī),圖像,內(nèi)存中,數(shù)字圖像,應(yīng)用,結(jié)果,孔,半徑,1,2,3,3.147mm,3.052mm,2.785mm,機(jī)器視覺(jué)軟件,FGI/O,機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng),機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中部件包括：光源、工業(yè)攝像機(jī)、圖像采集卡、鏡頭、圖像處理設(shè)備等。機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)包括:部件生產(chǎn)商代理商系統(tǒng)集成商,機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)組件照明光源,照明光源,機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)照明光源分類(lèi),高頻熒光燈,鹵素?zé)?LED燈,機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)照明光源對(duì)比,LED光源特點(diǎn),可制成各種形狀、尺寸及各種照射角度；可根據(jù)需要制成各種顏色，并可以隨時(shí)調(diào)節(jié)亮度；通過(guò)散熱裝置，散熱效果更好，光亮度更穩(wěn)定；使用壽命長(zhǎng)（約3萬(wàn)小時(shí)，間斷使用壽命更長(zhǎng)）；反應(yīng)快捷，可在10us或更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到最大亮度；電源帶有外觸發(fā)，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)控制，起動(dòng)速度快，可以用作頻閃燈；運(yùn)行成本低、壽命長(zhǎng)的LED，會(huì)在綜合成本和性能方面體現(xiàn)出更大的優(yōu)勢(shì)；可根據(jù)客戶的需要，進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。,光源選型對(duì)成像影響實(shí)例,照明技術(shù)：亮視野與暗視野,暗視野,亮視野,雜散光,雜散光,直射光,直射光,照明技術(shù)：低角度照明,常應(yīng)用于檢測(cè)平滑表面上變化的部分如：劃痕、刀痕、邊緣,低角度照明應(yīng)用實(shí)例,照明技術(shù)：前向光直射照明,前向光直射照明示例,照明技術(shù)：前向光漫射照明,前向光漫射照明示例,前向光漫射照明示例,照明技術(shù)：背光照明,背光照明示例,照明技術(shù)：顏色與補(bǔ)色,顏色與補(bǔ)色示例,照明技術(shù)：偏光技術(shù)應(yīng)用,偏光技術(shù)應(yīng)用實(shí)例,照明技術(shù)：防外亂光技術(shù)應(yīng)用,機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)組件鏡頭,鏡頭,成像尺寸,焦距與視場(chǎng)角,焦距與視場(chǎng)角,例如：使用HV1303UM拍攝視野為440mm*330mm拍攝距離為2500mm,常用公式,放大率物距像距焦距物高像高,鏡頭分辨率,分辨率單位：lp/mm影響因素：鏡頭結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、加工精度鏡頭的相對(duì)孔徑越大，分辨率越高光波長(zhǎng)度，波長(zhǎng)越短分辨率越高視場(chǎng)中心較邊緣分辨率高同檔次的固定焦距鏡頭較變焦鏡頭分辨率高短焦鏡頭一般邊緣分辨率較中心低，長(zhǎng)焦鏡頭一般中心較邊緣分辨率低。理想光學(xué)系統(tǒng)的最小分辨距離b=(0.61)/nsinmax其中，為光的波長(zhǎng)n為像空間介質(zhì)折射率max為像方孔徑角當(dāng)鏡頭對(duì)無(wú)限遠(yuǎn)成像，且像方為空氣時(shí)（近似計(jì)算公式）b=1.22F其中，F(xiàn)為光圈數(shù),遠(yuǎn)心鏡頭,鏡頭選型,分辨率焦距光圈景深成像尺寸視場(chǎng)角遠(yuǎn)心畸變,機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)組件工業(yè)攝像機(jī),工業(yè)攝像機(jī),工業(yè)攝像機(jī)分類(lèi),按不同芯片類(lèi)型劃分：1、CCD攝像機(jī)2、CMOS攝像機(jī),CCDSensorFullFrameArraySensor,優(yōu)點(diǎn)：填充因子(fillfactor)可以達(dá)到非常高，甚至達(dá)到100%。這樣Sensor靈敏度非常大。缺點(diǎn)：由于傳輸和讀出使用的時(shí)鐘相同，因此Sensor上面的部分曝光時(shí)間比下面的長(zhǎng)，這會(huì)造成Smear現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問(wèn)題，必須使用機(jī)械快門(mén)或閃光燈。,CCDSensorFrameTransferSensor,解決了FullFrameArraySensor發(fā)生Smear現(xiàn)象的問(wèn)題從感光部分轉(zhuǎn)移到屏蔽存儲(chǔ)區(qū)域的時(shí)間約為500us優(yōu)點(diǎn)：在曝光時(shí)間較長(zhǎng)的情況下，Smear現(xiàn)象比FullFrameArraySensor小很多缺點(diǎn)：由于需要兩個(gè)Sensor，因此成本非常高,CCDSensorInterlineTransferSensors,轉(zhuǎn)移時(shí)間約為1us，因此完全不存在Smear現(xiàn)象。優(yōu)點(diǎn)：由于轉(zhuǎn)移時(shí)間非常短，因此不需要使用機(jī)械快門(mén)或閃光燈缺點(diǎn)：由于屏蔽區(qū)占用了Sensor的部分面積，因此使得此種傳感器填充因子只能在20%70%添加微鏡頭可以增加填充因子,Electronicshutter&MicroLenses,OverflowDrain主要用來(lái)消除CCDSensor的Blooming現(xiàn)象它也被用來(lái)實(shí)現(xiàn)電子快門(mén)通過(guò)MicroLenses可以將傳感器的填充因子提高。CCD可以從80%提高到約100%CMOS可以從30%提高到約80%,CMOSSensor,AOI,由于CMOS可直接訪問(wèn)單個(gè)像素，因此在AOI非常小的情況下，CMOS與CCD相比，幀率上有較大的優(yōu)勢(shì)。CMOSSensor甚至可以將A/D轉(zhuǎn)換集成到每個(gè)像素中去，在不使用AOI時(shí)幀率上也有優(yōu)勢(shì),CCDvsCMOS,CCDvsCMOS,InterlacedScanvsProgressiveScan,InterlacedScan,ProgressiveScan,RollingShuttervsGlobalShutter,RollingShutter,GlobalShutter,彩色攝像機(jī),1.Bayer2.3CCD3.3Lines4.,彩色攝像機(jī)效果對(duì)比,3CCD,RawImage,Bayer,Difference,工業(yè)攝像機(jī)接口類(lèi)型,模擬接口CameraLink1394a1394bUsb2.0GigEEthernet,工業(yè)攝像機(jī)接口類(lèi)型,PCIvsPCI-E,PCIExpress采用的是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信機(jī)制，各個(gè)插槽都將通過(guò)各自獨(dú)享的通道發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，這樣就可以避免出現(xiàn)不同設(shè)備同時(shí)爭(zhēng)搶系統(tǒng)和CPU資源的情況。,同步采集vs異步采集,工業(yè)攝像機(jī)選型,1.根據(jù)攝像機(jī)拍攝的視野以及系統(tǒng)需要達(dá)到的精度選擇分辨率2.根據(jù)拍攝對(duì)象運(yùn)動(dòng)與否選擇合適相機(jī)3.根據(jù)生產(chǎn)線速度選擇合適幀率4.根據(jù)相機(jī)接口類(lèi)型以及相機(jī)數(shù)量選擇合適的采集卡,例如：某視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)需要兩個(gè)檢測(cè)工位拍攝過(guò)程中工件不停止。兩個(gè)工位視野相同，均為400mm*300mm。要求檢測(cè)精度達(dá)到0.4mm以上。檢測(cè)速度大于每分鐘1000工件。