機器視覺基礎知識.ppt

中國大恒（集團）有限公司北京圖像視覺技術分公司,主講人：陳欣,機器視覺系統(tǒng)概述,提綱,機器視覺系統(tǒng)概述照明光源鏡頭工業(yè)攝像機,機器視覺系統(tǒng),機器視覺是一門技術，該技術被廣泛應用在生產制造等行業(yè)。可用來保證產品質量、控制生產流程、感知環(huán)境等。機器視覺系統(tǒng)是基于機器視覺技術為機器或自動化生產線建立的一套視覺系統(tǒng)。,機器視覺vs人類視覺,機器視覺vs人類視覺,機器視覺系統(tǒng)作用,機器視覺技術功能,縮短產品進入市場時間,100%檢測,100%質量保證,提高產量,集成化生產,精確測量,改進生產流程,及時過程監(jiān)控,機器視覺應用領域,高速檢測精確機器人導航定位及配準裝配檢測PCB檢測表面檢測紋理分析遙感,醫(yī)學圖像分析測量一維碼讀取OCR&OCV匹配印刷檢測Blob分析,機器視覺應用領域,光學行業(yè)紙制品藥物照相學和遙感印刷鐵路運輸監(jiān)控航空宇航造船無線通信交通木材等等,半導體汽車制造制陶業(yè)化學業(yè)電子部件及設備食品業(yè)玻璃業(yè)生命科學醫(yī)學鋼鐵礦業(yè),機器視覺系統(tǒng)構成模擬相機,光源,CCD/CMOS圖像傳感器,鏡頭,被測物體,模擬視頻流,攝像機,圖像采集卡,圖像,內存中,數字圖像,應用,結果,孔,半徑,1,2,3,3.147mm,3.052mm,2.785mm,機器視覺軟件,FGI/O,機器視覺系統(tǒng)構成數字攝像機,光源,CCD/CMOS圖像傳感器,鏡頭,被測物體,圖像數據,數字攝像機（USB/1394a/1394b/GigE/CameraLink）,圖像,內存中,數字圖像,應用,結果,孔,半徑,1,2,3,3.147mm,3.052mm,2.785mm,機器視覺軟件,FGI/O,機器視覺系統(tǒng)構成智能攝像機,光源,CCD/CMOS圖像傳感器,鏡頭,被測物體,模擬圖像數據,智能攝像機,圖像,內存中,數字圖像,應用,結果,孔,半徑,1,2,3,3.147mm,3.052mm,2.785mm,機器視覺軟件,FGI/O,機器視覺市場,機器視覺系統(tǒng)中部件包括：光源、工業(yè)攝像機、圖像采集卡、鏡頭、圖像處理設備等。機器視覺市場包括:部件生產商代理商系統(tǒng)集成商,機器視覺系統(tǒng)組件照明光源,照明光源,機器視覺系統(tǒng)照明光源分類,高頻熒光燈,鹵素燈,LED燈,機器視覺系統(tǒng)照明光源對比,LED光源特點,可制成各種形狀、尺寸及各種照射角度；可根據需要制成各種顏色，并可以隨時調節(jié)亮度；通過散熱裝置，散熱效果更好，光亮度更穩(wěn)定；使用壽命長（約3萬小時，間斷使用壽命更長）；反應快捷，可在10us或更短的時間內達到最大亮度；電源帶有外觸發(fā)，可以通過計算機控制，起動速度快，可以用作頻閃燈；運行成本低、壽命長的LED，會在綜合成本和性能方面體現出更大的優(yōu)勢；可根據客戶的需要，進行特殊設計。,光源選型對成像影響實例,照明技術：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：低角度照明,常應用于檢測平滑表面上變化的部分如：劃痕、刀痕、邊緣,低角度照明應用實例,照明技術：前向光直射照明,前向光直射照明示例,照明技術：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：背光照明,背光照明示例,照明技術：顏色與補色,顏色與補色示例,照明技術：偏光技術應用,偏光技術應用實例,照明技術：防外亂光技術應用,機器視覺系統(tǒng)組件鏡頭,鏡頭,成像尺寸,焦距與視場角,焦距與視場角,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：鏡頭結構、材質、加工精度鏡頭的相對孔徑越大，分辨率越高光波長度，波長越短分辨率越高視場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，長焦鏡頭一般中心較邊緣分辨率低。理想光學系統(tǒng)的最小分辨距離b=(0.61)/nsinmax其中，為光的波長n為像空間介質折射率max為像方孔徑角當鏡頭對無限遠成像，且像方為空氣時（近似計算公式）b=1.22F其中，F為光圈數,遠心鏡頭,鏡頭選型,分辨率焦距光圈景深成像尺寸視場角遠心畸變,機器視覺系統(tǒng)組件工業(yè)攝像機,工業(yè)攝像機,工業(yè)攝像機分類,按不同芯片類型劃分：1、CCD攝像機2、CMOS攝像機,CCDSensorFullFrameArraySensor,優(yōu)點：填充因子(fillfactor)可以達到非常高，甚至達到100%。這樣Sensor靈敏度非常大。缺點：由于傳輸和讀出使用的時鐘相同，因此Sensor上面的部分曝光時間比下面的長，這會造成Smear現象。為了解決這個問題，必須使用機械快門或閃光燈。,CCDSensorFrameTransferSensor,解決了FullFrameArraySensor發(fā)生Smear現象的問題從感光部分轉移到屏蔽存儲區(qū)域的時間約為500us優(yōu)點：在曝光時間較長的情況下，Smear現象比FullFrameArraySensor小很多缺點：由于需要兩個Sensor，因此成本非常高,CCDSensorInterlineTransferSensors,轉移時間約為1us，因此完全不存在Smear現象。優(yōu)點：由于轉移時間非常短，因此不需要使用機械快門或閃光燈缺點：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主要用來消除CCDSensor的Blooming現象它也被用來實現電子快門通過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可直接訪問單個像素，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。CMOSSensor甚至可以將A/D轉換集成到每個像素中去，在不使用AOI時幀率上也有優(yōu)勢,CCDvsCMOS,CCDvsCMOS,InterlacedScanvsProgressiveScan,InterlacedScan,ProgressiveScan,RollingShuttervsGlobalShutter,RollingShutter,GlobalShutter,彩色攝像機,1.Bayer2.3CCD3.3Lines4.,彩色攝像機效果對比,3CCD,RawImage,Bayer,Difference,工業(yè)攝像機接口類型,模擬接口CameraLink1394a1394bUsb2.0GigEEthernet,工業(yè)攝像機接口類型,PCIvsPCI-E,PCIExpress采用的是點對點通信機制，各個插槽都將通過各自獨享的通道發(fā)送和接受數據，這樣就可以避免出現不同設備同時爭搶系統(tǒng)和CPU資源的情況。,同步采集vs異步采集,工業(yè)攝像機選型,1.根據攝像機拍攝的視野以及系統(tǒng)需要達到的精度選擇分辨率2.根據拍攝對象運動與否選擇合適相機3.根據生產線速度選擇合適幀率4.根據相機接口類型以及相機數量選擇合適的采集卡,例如：某視覺檢測系統(tǒng)需要兩個檢測工位拍攝過程中工件不停止。兩個工位視野相同，均為400mm*300mm。要求檢測精度達到0.4mm以上。檢測速度大于每分鐘1000工件。