機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)2圖像采集

1、機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)第二章 圖像采集和量化機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)1.線性響應(yīng)：輸入物理信號(hào)的強(qiáng)度與輸出響應(yīng)信號(hào)的強(qiáng)度之間線性響應(yīng)：輸入物理信號(hào)的強(qiáng)度與輸出響應(yīng)信號(hào)的強(qiáng)度之間關(guān)系是否線性。關(guān)系是否線性。2.靈敏度：絕對(duì)靈敏度用能拾測(cè)到的最小光子數(shù)表示。靈敏度：絕對(duì)靈敏度用能拾測(cè)到的最小光子數(shù)表示。 相對(duì)靈敏度用能使輸出發(fā)生一級(jí)變化所需光子數(shù)表示。相對(duì)靈敏度用能使輸出發(fā)生一級(jí)變化所需光子數(shù)表示。一一. 采集裝置的性能指標(biāo)機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)3.信噪比：所采集的圖像中有用信號(hào)與無用干擾的（能量或強(qiáng)信噪比：所采集的圖像中有用信號(hào)與無用干擾的（能量或強(qiáng)度）比值。度）比值

2、。4.陰影（不均勻度）：輸入物理信號(hào)為常數(shù)而輸出的數(shù)字形式陰影（不均勻度）：輸入物理信號(hào)為常數(shù)而輸出的數(shù)字形式不為常數(shù)的現(xiàn)象。不為常數(shù)的現(xiàn)象。機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)5.象素形狀：一般為正方形象素形狀：一般為正方形，但也有其它形狀。，但也有其它形狀。6.頻譜靈敏度：對(duì)不同頻率頻譜靈敏度：對(duì)不同頻率輻射的相對(duì)靈敏度。輻射的相對(duì)靈敏度。7.快門速度：采集拍快門速度：采集拍攝時(shí)間。攝時(shí)間。8.讀取速度：信號(hào)數(shù)讀取速度：信號(hào)數(shù)據(jù)從敏感單元讀取的據(jù)從敏感單元讀取的速率。速率。機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)面陣面陣CCDCCD的基本特性參數(shù)：的基本特性參數(shù)：1 1、光電轉(zhuǎn)移特性：光電轉(zhuǎn)換因子、光

3、電轉(zhuǎn)移特性：光電轉(zhuǎn)換因子，一般，一般99.799.7。2 2、光譜響應(yīng)、光譜響應(yīng)二二. 電荷耦合器件 CCD線陣線陣CCDCCD面陣面陣CCD.CCD.（幀轉(zhuǎn)移型，隔列轉(zhuǎn)移型，線轉(zhuǎn)移型）（幀轉(zhuǎn)移型，隔列轉(zhuǎn)移型，線轉(zhuǎn)移型）機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)3 3、動(dòng)態(tài)范圍：輸出信號(hào)峰值電壓與均方根噪聲電壓之比、動(dòng)態(tài)范圍：輸出信號(hào)峰值電壓與均方根噪聲電壓之比. .噪聲源：電荷注入器件引起的噪聲噪聲源：電荷注入器件引起的噪聲. . 電荷轉(zhuǎn)移過程中，電荷量變化引起的噪聲電荷轉(zhuǎn)移過程中，電荷量變化引起的噪聲. . 實(shí)測(cè)時(shí)產(chǎn)生的噪聲實(shí)測(cè)時(shí)產(chǎn)生的噪聲. .4 4、暗電流：正常工作時(shí)，、暗電流：正常工作時(shí)，MO

4、SMOS電容處于未電容處于未飽和的非平衡狀態(tài)，由于熱激發(fā)產(chǎn)生的飽和的非平衡狀態(tài)，由于熱激發(fā)產(chǎn)生的少量載流子使系統(tǒng)趨向平衡少量載流子使系統(tǒng)趨向平衡. .5 5、拖影：由寄存器電荷移位時(shí)留、拖影：由寄存器電荷移位時(shí)留下的剩余電荷量產(chǎn)生下的剩余電荷量產(chǎn)生. .機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)7 7、填充系數(shù)：、填充系數(shù)：電敏感區(qū)域占整個(gè)矩陣面的比例電敏感區(qū)域占整個(gè)矩陣面的比例. .%100bbaaF6 6、分辨率：、分辨率：面陣面陣CCDCCD，只評(píng)價(jià)其水平分辨率，用電視線數(shù)的評(píng)價(jià)方，只評(píng)價(jià)其水平分辨率，用電視線數(shù)的評(píng)價(jià)方法法.在一幅圖像上，在水平方向能夠分辨出的黑白條數(shù)在一幅圖像上，在水平方向能夠

5、分辨出的黑白條數(shù). .機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)三、 CCD相機(jī)分類分類: 彩色相機(jī)彩色相機(jī) 黑白相機(jī)黑白相機(jī)按靈敏度分：按靈敏度分：普通型普通型(1-3lx),月光型月光型(0.1lx),星光型星光型(0.01lx),紅外紅外.按按CCD靈敏度尺寸分靈敏度尺寸分: 1/4 ,1/3,1/2 ,1 inch相機(jī)相機(jī).按掃描方式：有面掃描和線掃描方式按掃描方式：有面掃描和線掃描方式. 面掃描又分為逐行掃描和隔行掃描。面掃描又分為逐行掃描和隔行掃描。按同步方式：內(nèi)同步按同步方式：內(nèi)同步,外同步功能相機(jī)外同步功能相機(jī).機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)CCDCCD

6、相機(jī)主要功能調(diào)節(jié)相機(jī)主要功能調(diào)節(jié)1.1.同步方式選擇：內(nèi)同步同步方式選擇：內(nèi)同步 外同步（外觸發(fā)信號(hào)）外同步（外觸發(fā)信號(hào)） 電源同步（電源完成垂直同步）電源同步（電源完成垂直同步）2.2.自動(dòng)增益控制：自動(dòng)增益控制： CCDCCD信號(hào)的視頻放大器，對(duì)不同信號(hào)的視頻放大器，對(duì)不同照度而隨之改變?cè)鲆?，可使相機(jī)在較大的光照范照度而隨之改變?cè)鲆?，可使相機(jī)在較大的光照范圍內(nèi)進(jìn)行工作。圍內(nèi)進(jìn)行工作。機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)3.3.背光補(bǔ)償：背光補(bǔ)償： 自動(dòng)補(bǔ)償（自動(dòng)補(bǔ)償（AGCAGC）以整個(gè)視場(chǎng)平均值）以整個(gè)視場(chǎng)平均值來確定（亮背景，暗前景）啟動(dòng)背光補(bǔ)償，則來確定（亮背景，暗前景）啟動(dòng)背光補(bǔ)償，則

7、AGCAGC只對(duì)前景視場(chǎng)求平均確定增益只對(duì)前景視場(chǎng)求平均確定增益. .4.4.電子快門：電子快門：CCDCCD僅輸出快門開啟時(shí)的光電荷信號(hào)，僅輸出快門開啟時(shí)的光電荷信號(hào)，其余時(shí)間則被泄放。最短電子快門為其余時(shí)間則被泄放。最短電子快門為1/1000 S.1/1000 S.機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)5.5.校正：校正：光光(L) CCD 電電(V) 顯示器顯示器 光光.要保持二次轉(zhuǎn)換中的綜合特性具有線性。要保持二次轉(zhuǎn)換中的綜合特性具有線性。 6.自平衡（僅用于彩色相機(jī)）：自平衡（僅用于彩色相機(jī)）：對(duì)景物圖像進(jìn)行色溫補(bǔ)償，分為自動(dòng)調(diào)對(duì)景物圖像進(jìn)行色溫補(bǔ)償，分為自動(dòng)調(diào)節(jié)和手動(dòng)調(diào)節(jié)兩種。節(jié)和手動(dòng)調(diào)

8、節(jié)兩種。VL 機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)7.CCD7.CCD相機(jī)接口相機(jī)接口光學(xué)接口：光學(xué)接口：C C 、CS CS 后焦距后焦距17.52 F 46.517.52 F 46.5信號(hào)接口：信號(hào)接口：RS422RS422： 雙絞線，相機(jī)具有雙絞線，相機(jī)具有110110歐終端負(fù)載。歐終端負(fù)載。Camera LinkCamera Link：控制信號(hào)、視頻信號(hào)、串行通訊。：控制信號(hào)、視頻信號(hào)、串行通訊。LVDSLVDS（低振幅差分信號(hào)）：低電壓和低電壓驅(qū)動(dòng)（低振幅差分信號(hào)）：低電壓和低電壓驅(qū)動(dòng) 實(shí)現(xiàn)了低噪聲和低功耗。實(shí)現(xiàn)了低噪聲和低功耗。IEEE1394IEEE1394：串行接口（：串行接口（F

9、irewireFirewire）,400Mbps.,400Mbps.不需不需要集線器就可以連接要集線器就可以連接6363臺(tái)設(shè)備臺(tái)設(shè)備( (直連電腦直連電腦) )。機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)圖像圖像 鏡頭鏡頭 CCD A/D 數(shù)字信息存儲(chǔ)數(shù)字信息存儲(chǔ).以一系列的二進(jìn)制數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)的圖像存儲(chǔ)方式把以一系列的二進(jìn)制數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)的圖像存儲(chǔ)方式把所攝圖像存放在機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器，并通過專用接口與所攝圖像存放在機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器，并通過專用接口與通用計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)，實(shí)現(xiàn)圖像傳輸和計(jì)算機(jī)處理的通用計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)，實(shí)現(xiàn)圖像傳輸和計(jì)算機(jī)處理的功能。功能。分辨率高達(dá)分辨率高達(dá)30602036.四、 彩色數(shù)碼相機(jī)機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)

10、量技術(shù)術(shù)基本參數(shù)基本參數(shù)型型 號(hào)號(hào)PowerShot A620上市時(shí)間上市時(shí)間 價(jià)格價(jià)格2005年年 2580 元元有效像素有效像素710萬像素萬像素光學(xué)變焦倍數(shù)光學(xué)變焦倍數(shù)4倍光學(xué)變焦倍光學(xué)變焦數(shù)碼變焦倍數(shù)數(shù)碼變焦倍數(shù)4倍數(shù)碼變焦倍數(shù)碼變焦操作模式操作模式帶全手動(dòng)功能帶全手動(dòng)功能LCD液晶屏液晶屏2.0英寸英寸,可旋轉(zhuǎn)液晶屏可旋轉(zhuǎn)液晶屏,約約11.4萬像素液晶顯示屏萬像素液晶顯示屏機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)傳感器類型傳感器類型CCD傳感器傳感器傳感器尺寸傳感器尺寸1/1.8英寸英寸最大分辨率最大分辨率30722304光圈范圍光圈范圍F2.8-F4.1白平衡模式白平衡模式自動(dòng)自動(dòng),日光日

11、光,陰天陰天,鎢絲燈鎢絲燈,熒光燈熒光燈,熒光燈熒光燈_H,水下水下,自定義自定義快門快門15-1/2500秒秒機(jī)身閃光燈機(jī)身閃光燈內(nèi)置閃光燈內(nèi)置閃光燈,模式模式:自動(dòng)自動(dòng),強(qiáng)制強(qiáng)制,關(guān)閉關(guān)閉,防紅眼防紅眼,慢速同步慢速同步外接閃光燈外接閃光燈支持外接閃光燈支持外接閃光燈,佳能高能閃光燈佳能高能閃光燈ISO感光度感光度50,100,200,400,自動(dòng)自動(dòng)曝光模式曝光模式自動(dòng)曝光自動(dòng)曝光,程序曝光程序曝光,快門優(yōu)先曝光快門優(yōu)先曝光,光圈優(yōu)先曝光光圈優(yōu)先曝光,手動(dòng)手動(dòng)曝光曝光,場(chǎng)景模式曝光場(chǎng)景模式曝光曝光補(bǔ)償曝光補(bǔ)償-2.0EV - +2.0EV, 0.3EV級(jí)調(diào)節(jié)級(jí)調(diào)節(jié)測(cè)光方式測(cè)光方式評(píng)價(jià)測(cè)光

12、評(píng)價(jià)測(cè)光,中央重點(diǎn)平均測(cè)光中央重點(diǎn)平均測(cè)光,點(diǎn)測(cè)光點(diǎn)測(cè)光場(chǎng)景模式場(chǎng)景模式肖像肖像,風(fēng)景風(fēng)景,焰火焰火,水下水下,戶內(nèi)戶內(nèi),夜景夜景,植物植物,雪景雪景,沙灘沙灘,小孩或?qū)櫺『⒒驅(qū)櫸镂?夜晚快照夜晚快照短片拍攝功能短片拍攝功能有聲短片拍攝功能有聲短片拍攝功能, AVI(Motion JPEG), 640480(30fps, 15fps), 320240(60fps, 30fps, 15fps), 160120(15fps) 拍攝技術(shù)參數(shù)拍攝技術(shù)參數(shù)機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)其它參數(shù)其它參數(shù)存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)介質(zhì)MMC卡卡,SD卡卡,隨機(jī)附帶隨機(jī)附帶32M SD卡卡數(shù)據(jù)接口數(shù)據(jù)接口USB 2.0接

13、口接口,AV接口接口電池電池4節(jié)節(jié)5號(hào)電池號(hào)電池重量重量235g尺寸尺寸1056649mm配件配件4節(jié)節(jié)AA堿性電池堿性電池,32M SD卡卡,USB連線連線,AV連線連線,腕帶腕帶,光盤光盤其它性能其它性能支持支持PictBridge直接打印功能直接打印功能機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)1. 分辨率分辨率16001280,1024768,640480.2. 色彩深度：專業(yè)的達(dá)到色彩深度：專業(yè)的達(dá)到36位或位或24位。位。主要性能：主要性能：機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)3.焦距：光學(xué)變焦，數(shù)碼變焦焦距：光學(xué)變焦，數(shù)碼變焦.4.光圈快門：光圈快門： 快門快門1/500016 s 廣角光圈廣

14、角光圈f2.5f16； 長(zhǎng)焦長(zhǎng)焦光圈光圈f3.8f24.5.圖像存儲(chǔ)：內(nèi)置存儲(chǔ)卡圖像存儲(chǔ)：內(nèi)置存儲(chǔ)卡 JPG格式格式 .6.取景器取景器:觀看拍攝效果和編輯修改（液晶）觀看拍攝效果和編輯修改（液晶）.7.接口功能：接口功能：RS232、SCSI、USB、1394接口接口.8.其他功能：自動(dòng)測(cè)光、自動(dòng)調(diào)焦、自動(dòng)閃光、自拍其他功能：自動(dòng)測(cè)光、自動(dòng)調(diào)焦、自動(dòng)閃光、自拍.機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)彩色彩色CCD1、單管、單管CCD彩色攝像機(jī)彩色攝像機(jī)機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)2、三管、三管CCD彩色攝像機(jī)彩色攝像機(jī)分光棱鏡分光棱鏡 三色三色 3CCD接收接收 RGB信號(hào)信號(hào)柵狀濾色器柵狀濾

15、色器 三色三色 3CCD接收接收 RGB信號(hào)信號(hào) （液晶顯示器）（液晶顯示器）機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)特種特種CCD圖像傳感器圖像傳感器1、微光、微光CCD圖像傳感器（多幀積累）圖像傳感器（多幀積累）直視夜視儀直視夜視儀: :微光透視圖像傳感器微光透視圖像傳感器特點(diǎn)：便于圖像處理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距傳輸或遙控，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)特點(diǎn)：便于圖像處理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距傳輸或遙控，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制直接用于制導(dǎo)、錄像并長(zhǎng)期保存?？刂浦苯佑糜谥茖?dǎo)、錄像并長(zhǎng)期保存。機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)2 2、紅外、紅外CCDCCD圖像傳感器圖像傳感器: :主動(dòng)紅外電視攝像：主動(dòng)紅外電視攝像：紅外光源紅外光源+ +紅外攝像器件（紅外攝

16、像器件（CCDCCD）紅外變像管：紅外變像管：把不可見的紅外線轉(zhuǎn)變把不可見的紅外線轉(zhuǎn)變成可見光。成可見光。機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)3、X光光CCD圖像傳感器圖像傳感器:醫(yī)療影像工業(yè)探測(cè)醫(yī)療影像工業(yè)探測(cè)(小劑量小劑量X光照射光照射,圖像遠(yuǎn)程傳輸圖像遠(yuǎn)程傳輸)斷骨增高斷骨增高 蘭花指蘭花指機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)五、 常用圖像文件格式BMP 840KGIF 24KJPG 40K TIF 840K機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)六、 照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本因素：照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本因素：1、鏡頭的視場(chǎng)：被測(cè)物尺寸、鏡頭的視場(chǎng)：被測(cè)物尺寸鏡頭視場(chǎng)鏡頭視場(chǎng) 最佳照明（照亮最佳照明（

17、照亮整個(gè)視場(chǎng)）整個(gè)視場(chǎng)）2、照明系統(tǒng)與工作間距：鏡頭到工作距離、照明系統(tǒng)與工作間距：鏡頭到工作距離 照明系統(tǒng)到工照明系統(tǒng)到工作間距作間距 光源到工作距離光源到工作距離3、工件形貌：工作表面形狀、平坦度、粗糙度、顏色、工件形貌：工作表面形狀、平坦度、粗糙度、顏色4、成像物鏡匹配：針對(duì)確定的成像物鏡進(jìn)行光源設(shè)計(jì)、成像物鏡匹配：針對(duì)確定的成像物鏡進(jìn)行光源設(shè)計(jì)劃劃痕、缺陷、印紋等能被清晰顯現(xiàn)。痕、缺陷、印紋等能被清晰顯現(xiàn)。5、照度自配：根據(jù)、照度自配：根據(jù)CCD的光敏面動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍確定合適的的光敏面動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍確定合適的像面照度。像面照度。機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)光纖鹵素?zé)艄饫w鹵素?zé)舾哳l熒光燈

18、高頻熒光燈LED光源光源壽命壽命(h)1000300030000亮度亮度亮亮暗暗較亮較亮伺服速度伺服速度 慢慢慢慢快快形狀形狀自由度小自由度小自由度小自由度小自由度大自由度大顏色顏色色單調(diào)色單調(diào)色單調(diào)色單調(diào)色彩豐富色彩豐富特性特性光亮、色溫不變光亮、色溫不變用作光纖導(dǎo)光用作光纖導(dǎo)光擴(kuò)散性好擴(kuò)散性好大面積均勻照明大面積均勻照明可變波長(zhǎng)可變波長(zhǎng), ,成成本低本低, ,耗電少耗電少機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)激光光源：激光光源： 方向性強(qiáng)，單色性好方向性強(qiáng)，單色性好 相干信號(hào)，光亮度高。相干信號(hào)，光亮度高。半導(dǎo)體激光光源：半導(dǎo)體激光光源：體積小，效率高，工作電壓低，多波長(zhǎng)。體積小，效率高，工作電壓低，多波長(zhǎng)。機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)1、直接型、直接型 沐光方式沐光方式 常用照明方式常用照明方