機器視覺系統(tǒng)綜合基礎知識匯編

1、光機電的完美(wnmi)集成(機器視覺(shju)系統(tǒng)綜合基礎知識)共五十四頁機器視覺系統(tǒng)(xtng)綜合基礎知識燈源簡述燈源分類(fn li)獲得完美圖像的6大要素如何選擇鏡頭第一節(jié)第一節(jié)內(nèi)容提要共五十四頁機器視覺(shju)系統(tǒng)綜合基礎知識一、燈源簡述(jin sh)第一節(jié)機器視覺系統(tǒng)工作的基本程序：取像 = 分析 = 結果輸出燈源：為確保視覺系統(tǒng)正常取像獲得足夠光信息而提供照明的裝置燈源的目的是將待測區(qū)域與背景明顯區(qū)分開將運動目標“凝固”在圖像上增強待測目標邊緣清晰度消除陰影抵消噪光燈源是一個視覺應用開始工作的第一步適合的燈源可以提高系統(tǒng)檢測精度、運行速度及工作效率共五十四頁機器視覺系統(tǒng)

2、(xtng)綜合基礎知識二、燈源分類(fn li) 第一節(jié) 螢光燈鹵素燈+光纖導管LED光源其他（激光、紫外光等）共五十四頁機器(j q)視覺系統(tǒng)綜合基礎知識第一節(jié) 三、獲得完美圖像(t xin)的6大要素（1）：高系統(tǒng)精度系統(tǒng)精度（System accuracy）X方向系統(tǒng)精度（X方向象素值） 視野范圍（X方向） CCD芯片象素數(shù)量（X方向）Y方向系統(tǒng)精度（Y方向象素值） 視野范圍（Y方向 CCD芯片象素數(shù)量（Y方向）該指標取決于，相機分辨率及視野（FOV）FOV：100MM500 象素象素值 = 0。2 MM共五十四頁機器視覺系統(tǒng)(xtng)綜合基礎知識第一節(jié) 三、獲得完美圖像(t xin

3、)的6大要素（1）：高系統(tǒng)精度最佳視野（FOV）：讓視覺系統(tǒng)“關心”的部分盡可能“充滿”視野。通俗來說，F(xiàn)OV越小越“好”。相機分辨率相同視野越小系統(tǒng)精度越高視野相同相機分辨率越高系統(tǒng)精度越高適合的視野不適合的視野調(diào)整系統(tǒng)關心的部分共五十四頁機器視覺系統(tǒng)(xtng)綜合基礎知識第一節(jié) 三、獲得完美(wnmi)圖像的6大要素(2)：清晰成象確定圖像中所要檢測的部分處于清晰的焦距之內(nèi)當圖像中檢測部分不處于同一焦平面時，需要考慮鏡頭的景深注意：每一款鏡頭都有固定的“最短焦距”注意：每一款鏡頭相對于固定的光圈，都有自己固定的景深注意：縮小光圈可以加大景深。同時為保證正確曝光需要提高光強注意：小光圈拍照

4、，可以使圖像獲得更多“細節(jié)”，圖像效果更好共五十四頁機器視覺(shju)系統(tǒng)綜合基礎知識第一節(jié) 三、獲得完美圖像的6大要素(3)：避免(bmin)畸變在定位及高精度測量的系統(tǒng)中，鏡頭畸變的影響尤其重要使用遠心鏡頭進行系統(tǒng)標定真實世界鏡頭畸變產(chǎn)生的圖像共五十四頁機器視覺系統(tǒng)(xtng)綜合基礎知識第一節(jié) 三、獲得完美圖像的6大要素（4）：保持待測物體在成象(chn xin)中大小一致在定位及識別系統(tǒng)中，這一點尤為重要控制待測目標位置相機拍照角度共五十四頁機器視覺(shju)系統(tǒng)綜合基礎知識第一節(jié) 三、獲得完美圖像(t xin)的6大要素（5）：圖像中待測部分反差最大化對于一個視覺系統(tǒng)來說，“黑白

5、分明”的圖像才是好圖像選擇適合的燈源待測部分共五十四頁機器視覺系統(tǒng)(xtng)綜合基礎知識第一節(jié) 三、獲得(hud)完美圖像的6大要素（6）：恰當?shù)恼彰髋c曝光避免陰影如果圖像中待測區(qū)域處于陰影之下，圖像將不能提供足夠的反差，這將嚴重影響系統(tǒng)檢測的精度避免過亮如果照明過亮，區(qū)域內(nèi)亮部的光線會反射進暗部的區(qū)域，造成暗部區(qū)域內(nèi)的細節(jié)損失如果曝光過度，會產(chǎn)生CCD“溢出”現(xiàn)象避免光線變化如果照明系統(tǒng)發(fā)生明暗變化，會造成圖像明暗變化。這將直接影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性避免外界影響注意系統(tǒng)周圍環(huán)境的影響，如生產(chǎn)線上的照明系統(tǒng)、室外陽光等等可移動的人或物會遮擋系統(tǒng)照明共五十四頁機器視覺(shju)系統(tǒng)綜合基礎知識

6、第一節(jié) 三、獲得完美圖像(t xin)的6大要素：小結#1：獲得完美圖像的6大要素及控制因素高系統(tǒng)精度?？刂埔蛩兀阂曇?、相機分辨率。清晰成象?？刂埔蛩兀虹R頭、燈源避免畸變?？刂埔蛩兀虹R頭、系統(tǒng)標定保持待測物體在成象中大小一致。控制因素：視野、拍照角度、待測物位置反差最大化?？刂埔蛩兀簾粼辞‘?shù)恼彰髋c曝光?？刂埔蛩兀簾粼础㈢R頭小結#2：如何獲得完美圖像選擇適合的燈源、鏡頭、相機學會如何使用、控制燈源、鏡頭、相機共五十四頁機器視覺(shju)系統(tǒng)綜合基礎知識第一節(jié) 四、如何選擇鏡頭(jngtu)（1）：技術因素鏡頭與相機匹配鏡頭接口是否為工業(yè)標準接口，C/CS接口鏡頭成象面是否=相機CCD尺寸。若

7、相機CCD為1/2“，而鏡頭為1/3”，則該鏡頭與相機不匹配系統(tǒng)工作空間鏡頭最短焦距是否適合系統(tǒng)工作空間注意鏡頭焦距與最短焦距間的關系系統(tǒng)精度獲取最佳視野鏡頭畸變對系統(tǒng)精度的影響鏡頭分辨率對系統(tǒng)精度的影響縱深成象待測物縱深方向的成象是否在鏡頭景深范圍之內(nèi)其他超大、超小物體檢測共五十四頁機器視覺(shju)系統(tǒng)綜合基礎知識第一節(jié) 四、如何選擇鏡頭（2）：常見(chn jin)鏡頭分類CCTV鏡頭專業(yè)攝影鏡頭遠心鏡頭共五十四頁機器視覺(shju)系統(tǒng)綜合基礎知識第一節(jié) CCTV鏡頭專業(yè)攝影鏡頭遠心鏡頭價格低中高分辨率低（20L/MM）中（4080L/MM）高畸變高中低焦距選擇范圍廣泛25MM/75

8、MM/50MM廣泛25MM/75MM/50MM狹窄使用靈活性高中低適合應用低精度測量/簡單檢測標準精度測量/定位高精度測量/縱深測量四、如何選擇鏡頭（3）：常見(chn jin)鏡頭對比共五十四頁機器視覺(shju)系統(tǒng)綜合基礎知識如何選擇燈源如何選擇相機例題項目評估的基本(jbn)步驟第二節(jié)第二節(jié)內(nèi)容提要共五十四頁機器視覺(shju)系統(tǒng)綜合基礎知識第二節(jié) 一、如何選擇光源(gungyun)（1）：背光測量系統(tǒng)的最佳選擇共五十四頁機器視覺(shju)系統(tǒng)綜合基礎知識第二節(jié) 一、如何選擇光源(gungyun)（2）：亮場最直接的照明高角度照明共五十四頁機器(j q)視覺系統(tǒng)綜合基礎知識第二節(jié)

9、一、如何選擇光源（3）：暗場適合光滑(gung hu)表面的照明低角度照明共五十四頁機器視覺系統(tǒng)(xtng)綜合基礎知識第二節(jié) 一、如何選擇光源（4）：結構光法最簡便(jinbin)的三維測量三維深度信息激光或線性光源固定角度照射共五十四頁機器(j q)視覺系統(tǒng)綜合基礎知識第二節(jié) 一、如何選擇光源（5）：影子(yng zi)的利用最不直接的測量待測物長度信息待測物高度信息共五十四頁機器視覺(shju)系統(tǒng)綜合基礎知識第二節(jié) 一、如何(rh)選擇光源（6）：同軸光昂貴的燈源50% 分束片共五十四頁機器視覺(shju)系統(tǒng)綜合基礎知識第二節(jié) 一、如何(rh)選擇光源（7）：彩色的考慮三原色。光的三

10、原色：紅、綠、藍；色彩三原色：青、紫、黃世界上所有顏色都是由三原色按不同比例組合而成三原色的色光疊加為白光。如：日光三原色的色彩疊加為黑色 紅、綠、藍三色為互補色。光照在物體上，物體只反射與自身顏色相同的色光；不同色光照在互補色物體上完全不反光。如：紅光照紅色物體，黑白相機成象物體為白色；紅光照綠色物體，黑白相機成象物體為黑色光的三原色色彩三原色共五十四頁機器視覺系統(tǒng)(xtng)綜合基礎知識第二節(jié) 一、如何選擇(xunz)光源（7）：彩色的考慮共五十四頁機器(j q)視覺系統(tǒng)綜合基礎知識第二節(jié) 一、如何選擇(xunz)光源（8）：常用燈源分析螢光燈鹵素燈+光纖導管LED燈源價格低高中亮度低高中

11、穩(wěn)定性低中高閃光裝置無無有使用壽命中低高光線均勻度高中低多色光無無有復雜設計低中高溫度影響中低高共五十四頁機器(j q)視覺系統(tǒng)綜合基礎知識第二節(jié) 系統(tǒng)精度(jn d)要求與相機分辨率：相機分辨率（X方向）最佳視野范圍（X方向） 理論象素值（X方向）相機分辨率（Y方向）最佳視野范圍（Y方向） 理論象素值（Y方向）理論象素值的得出，要由系統(tǒng)精度及亞象素綜合考慮系統(tǒng)速度要求與相機成象速度：系統(tǒng)單次運行速度 = 系統(tǒng)成象速度 + 系統(tǒng)檢測速度 異步觸發(fā)快門速度二、如何選擇相機（1）共五十四頁機器視覺系統(tǒng)(xtng)綜合基礎知識第二節(jié) 與視覺板卡相匹配：視頻信號的匹配。對于模擬信號相機來說，有兩種格式

12、，CCIR/RS170。通常采集卡都同時支持這兩種相機。分辨率的匹配。每款板卡都只支持某一分辨率范圍內(nèi)的相機。特殊功能的匹配。如要使用相機的特殊功能，先確定所用板卡支持此功能。接口的匹配。確定相機與板卡的接口相匹配。如CAMERALINK，F(xiàn)IREWIRE1394等。其他(qt)：動態(tài)成象色彩檢測超大目標檢測數(shù)字相機二、如何選擇相機（2）共五十四頁機器視覺系統(tǒng)(xtng)綜合基礎知識第二節(jié) 亞象素（Sub Pixel）的概念亞象素：圖像分析軟件，可以使系統(tǒng)檢測精度達到象素單位以下。如：1/2象素亞象素對系統(tǒng)精度的影響亞象素在相機選型中的應用測量(cling)（邊緣尋找算法）定位（模版匹配算法）

13、瑕疵（斑點分析）精度、速度及成本分區(qū)取象二、如何選擇相機（3）共五十四頁機器(j q)視覺系統(tǒng)綜合基礎知識第二節(jié) 根據(jù)現(xiàn)場的檢測樣品及教師提出的要求，完全系統(tǒng)硬件選型燈源選型鏡頭選型相機選型系統(tǒng)參數(shù)：視野、工作(gngzu)距離等三、例題（1）：題目共五十四頁機器視覺(shju)系統(tǒng)綜合基礎知識第二節(jié) 選型步驟：確定項目檢測方向：測量、檢測、定位。確定項目檢測要求：精度、速度、工作空間。根據(jù)項目檢測方向完成燈源選型根據(jù)項目精度要求確定最佳視野根據(jù)項目精度要求及工作空間要求完成鏡頭選型確定某款鏡頭、工作距離、根據(jù)項目精度要求及速度要求完成相機選型考慮(kol)系統(tǒng)硬件成本三、例題（2）：提示共五

14、十四頁機器視覺系統(tǒng)(xtng)綜合基礎知識四、項目評估的基本(jbn)步驟（1）第二節(jié) 客戶需求系統(tǒng)精度要求系統(tǒng)速度要求檢測項目條款檢測項目條款條款名稱及詳細說明系統(tǒng)工作空間要求初步了解視覺系統(tǒng)允許的工作空間系統(tǒng)速度要求清楚了解整個系統(tǒng)的速度要求對于設備制造商，還需要了解整個設備的工作流程系統(tǒng)工作空間要求系統(tǒng)精度要求詳細記錄每項條款的精度要求共五十四頁機器視覺系統(tǒng)(xtng)綜合基礎知識四、項目(xingm)評估的基本步驟（2）第二節(jié) 燈源選型根據(jù)項目的檢測條款，選用適合的燈源鏡頭的選型系統(tǒng)精度要求系統(tǒng)工作空間要求相機選型系統(tǒng)精度要求系統(tǒng)速度要求項目評估鏡頭選型相機選型燈源選型項目試驗項目試驗

15、系統(tǒng)搭建，燈源、鏡頭、相機建立檢測程序原型記錄試驗結果，精度、檢測時間共五十四頁機器(j q)視覺系統(tǒng)綜合基礎知識四、項目評估的基本(jbn)步驟（3）第二節(jié) 條款回顧根據(jù)項目的檢測條款，逐條確定是否可以檢測精度回顧根據(jù)項目的檢測條款，逐條列出試驗完成精度系統(tǒng)運行速度記錄試驗中系統(tǒng)運行速度評估報告精度回顧系統(tǒng)運行速度條款回顧系統(tǒng)硬件配置系統(tǒng)硬件配置記錄系統(tǒng)硬件配置。燈源、鏡頭、工作距離、光圈、相機、快門速度、電腦配置等共五十四頁機器(j q)視覺系統(tǒng)綜合基礎知識如何選用板卡PC式系統(tǒng)概述(i sh)智能相機概述視覺系統(tǒng)選型視覺系統(tǒng)未來發(fā)展趨勢第三節(jié)第三節(jié) 內(nèi)容提要共五十四頁機器視覺系統(tǒng)(xtn

16、g)綜合基礎知識第三節(jié) 一、如何(rh)選用板卡（1）什么是視覺板卡的軟件包由視覺廠家開發(fā)出的與其板卡產(chǎn)品相配套的視覺軟件工具包軟件包的基本構成圖像處理工具。如邊緣尋找、模版匹配等圖像預處理工具。如直方圖、圖像二直化等其他工具。如圖像緩沖區(qū)、畫圖工具等為什么要使用軟件包安全的軟硬件匹配節(jié)省開發(fā)周期底層圖像處理工具穩(wěn)定可靠共五十四頁機器視覺系統(tǒng)(xtng)綜合基礎知識一、如何(rh)選用板卡（2）第三節(jié) 什么樣視覺板卡是“好”板卡板卡硬件功能的對比板卡軟件包功能的對比應用系統(tǒng)開發(fā)時限及功能公司市場定位及經(jīng)營方向共五十四頁機器視覺系統(tǒng)(xtng)綜合基礎知識一、如何(rh)選用板卡（3）第三節(jié) 硬

17、件功能對比圖像格式支持分辨率支持相機特殊功能支持燈源控制圖像緩沖其他共五十四頁機器(j q)視覺系統(tǒng)綜合基礎知識一、如何(rh)選用板卡（4）第三節(jié) 軟件功能對比（1）是否易于使用硬件開發(fā)環(huán)境開發(fā)環(huán)境的操作系統(tǒng)開發(fā)語言軟件功能對比（2）軟件功能優(yōu)劣邊緣尋找功能目標定位功能 圖像預處理功能 字符讀取功能（OCR） 數(shù)據(jù)讀取功能圖像緩沖功能實際應用功能 接口功能其他輔助功能共五十四頁機器視覺(shju)系統(tǒng)綜合基礎知識應用(yngyng)系統(tǒng)開發(fā)時限及功能一、如何選用板卡（5） ：第三節(jié) 系統(tǒng)功能 開發(fā)時限 技術支持人力資源綜合分析最后決定共五十四頁機器(j q)視覺系統(tǒng)綜合基礎知識第三節(jié) 一、如

18、何(rh)選用板卡（6）公司市場定位及經(jīng)營方向系統(tǒng)開發(fā)成本開發(fā)硬件成本開發(fā)人力資源成本系統(tǒng)銷售價格系統(tǒng)市場前景未來幾年內(nèi)的整體市場預測年銷售額預測市場競爭狀況板卡及軟件包技術優(yōu)勢與競爭對手相比，各自的技術優(yōu)劣軟件包更新?lián)Q代共五十四頁機器視覺系統(tǒng)(xtng)綜合基礎知識二、 PC式系統(tǒng)(xtng)概述第三節(jié) 待測目標CCD相機鏡 頭燈源圖像采集卡電腦系統(tǒng)PCI地址總線燈源控制信號相機控制信號及電源模擬圖像信號數(shù)字圖像信號共五十四頁機器視覺(shju)系統(tǒng)綜合基礎知識三、智能(zh nn)相機的概述第三節(jié) 智能相機（Smart Camera）嵌入式視覺系統(tǒng)（Embedded Vision Syst

19、em），或叫視覺傳感器（Vision Sensor）。大約于十年前出現(xiàn)在市場上“嵌入”共五十四頁機器視覺系統(tǒng)(xtng)綜合基礎知識四、視覺(shju)系統(tǒng)選型第三節(jié) PC式視覺系統(tǒng)嵌入式視覺系統(tǒng) 檢測速度強弱測量精度強弱多相機支持強弱閃光裝置強弱相機功能支持強弱用戶化功能支持強弱復雜運算強弱系統(tǒng)成本弱強工作空間弱強操作難度弱強集成能力弱強穩(wěn)定性弱強共五十四頁機器(j q)視覺系統(tǒng)綜合基礎知識五、機器視覺(shju)未來發(fā)展趨勢第三節(jié)嵌入式視覺系統(tǒng)代表著機器視覺未來發(fā)展的主流嵌入式視覺系統(tǒng) = 數(shù)碼相機 + 處理器 + 視覺軟件包新的通訊方式，USB、 FIREWIRE1394、TCP/IP/

20、等，使嵌入式視覺系統(tǒng)的通訊越來越簡單方便。最終使嵌入式視覺系統(tǒng)克服難以支持多相機的缺陷體積小巧、設計靈活，使得嵌入式視覺系統(tǒng)可以以多種產(chǎn)品形式出現(xiàn)隨著無線網(wǎng)絡技術的普及，嵌入式視覺系統(tǒng)終將發(fā)展成為完全的脫機系統(tǒng)由電池提供動力，通過無線網(wǎng)絡轉(zhuǎn)送信號。 PC式視覺系統(tǒng)隨著微行計算機硬件水平的飛速成發(fā)展，或許將來PC式視覺系統(tǒng)可以在PDA上運行隨著網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸速度的提高，及CPU處理器的性能飛速發(fā)展，目前視覺系統(tǒng)獨立工作模式，或會演變成為一種中心控制模式。相機與網(wǎng)絡中的一臺中心視覺系統(tǒng)相聯(lián)，中心系統(tǒng)根據(jù)每個相機的具體情況分別發(fā)出指令。 共五十四頁機器視覺(shju)系統(tǒng)綜合基礎知識應用(yngyng

21、)系統(tǒng)軟件模塊通訊接口檢測模塊程序基本流程電腦硬件第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)容提要共五十四頁機器視覺(shju)系統(tǒng)綜合基礎知識第四節(jié) 用戶主界面：相機(xingj)實時拍照圖像系統(tǒng)實時分析情況圖像一、應用系統(tǒng)軟件模塊（1）共五十四頁機器(j q)視覺系統(tǒng)綜合基礎知識第四節(jié) 一、應用(yngyng)系統(tǒng)軟件模塊（2）用戶主界面：檢測結果被測產(chǎn)品批量信息檢測結果統(tǒng)計PASS / FAILBGA_90*90共五十四頁機器視覺系統(tǒng)(xtng)綜合基礎知識第四節(jié) 一、應用(yngyng)系統(tǒng)軟件模塊（3）基本功能模塊視覺系統(tǒng)工作包模塊圖像參數(shù)設定模塊圖像檢測模塊報表模塊數(shù)據(jù)分析模塊圖像資源管理模塊圖像檢測模塊系

22、統(tǒng)培訓模塊參數(shù)設定模塊用戶管理模塊報表參數(shù)設定模塊數(shù)據(jù)分析參數(shù)設定模塊用戶參數(shù)設定模塊通訊控制模塊共五十四頁機器視覺系統(tǒng)(xtng)綜合基礎知識第四節(jié) 二、通訊(tngxn)接口（1）輸入信號1（SOT）（控制中心視覺系統(tǒng)）輸出信號1(Busy)（視覺系統(tǒng)控制中心）輸出信號2(Result)（視覺系統(tǒng)控制中心）輸入信號1（SOT）：設備將待測物放置在視覺系統(tǒng)的檢測視野下，發(fā)出此信號通知系統(tǒng)可以開始檢測。輸出信號1(Busy)：視覺系統(tǒng)收到SOT信號后對等測物進行拍照，之后向設備發(fā)出此信號，通知設備拍照完畢輸出信號2(Result)：當視覺系統(tǒng)完成檢測后向設備發(fā)出此信號，通知設備此被測物的檢測結果（Pass/Fail）abde駁回（Fail）通過（Pass）cf基本I/O通訊共五十四頁機器(j q)視覺系統(tǒng)綜合基礎知識第四節(jié) 二、通訊(tngxn)接口（2）RS232普遍應用于電腦與電腦、電腦與PLC