机器视觉基础ppt课件

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
1.长距离传输线缆价格 稍贵
GigE 1000Mbps
Ethernet 100Mbps
100m
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。
22
光源
两种常见正向打光方式
暗视野
亮视野
23
光源
两种常见正向打光方式
亮视野
暗视野
24
光源
低角度
25
光源
前向光
26
照明光源
27
光源
背光
28
光源
照射物
白色光 (混合色)
蓝色
28
38
48
58
68
PPT VISION, Inc. | 6301 Old Shakopee RoaPdixeSluite A | Bloomington, MN 55438 | 952-996-
42
9500 |
图像增强
• 较少多余的干扰 • 提高被测的特征点或者边缘 • 可能占用宝贵的检测时间 • 方法…
6
9500 |
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%)
纯白 = 2550 23 82
0 1 6 8 8 9 4 7 15 89 94
5
9500 |
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
PPT VISION, Inc. | 6301 Old Shakopee Road Suite A | Bloomington, MN 55438 | 952-996-
21
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
40
9500 |
灰度（阀值）
• 图像黑白部分分割界限 • 自动或者固定的阀值方法
0-25%
0-75%
PPT VISION, Inc. | 6301 Old Shakopee Road Suite A | Bloomington, MN 55438 | 952-996-
36
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
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
镜头
景深
印刷和纸张检测
16
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。
17
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
6301oldshakopeeroadsuitebloomingtonmn554389529969500wwwpptvisioncom白光得到各颜色单色图像光源彩色效果33偏振用于减少闪烁塑料或者玻璃偏光镜交叉偏光镜滤光镜34无滤色镜红色滤色镜绿色滤色镜滤光镜应用35相机工业相机有多种类型常见的分类方式如下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36相机cameralinkusb201394a1394bgigeethernetethernet速度base
39
校正
• 目标校正 使用标准的圆点目标校正板 镜头畸变补偿 比例缩放 – 例如： 在1英寸视场内有1000 个像素 = 0.001”/像素 重新标定变化的检测必要条件。(镜头，工作距离，光源等等)
• 比例缩放 无变形补偿 值=单位值/像素
PPT VISION, Inc. | 6301 Old Shakopee Road Suite A | Bloomington, MN 55438 | 952-996-
PPT VISION, Inc. | 6301 Old Shakopee Road Suite A | Bloomington, MN 55438 | 952-996-
11
9500 |
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
32
9500 |
光源 彩色效果
白光得到各颜色
RV
O
B
YG
单色图像
33
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
34
滤光镜应用
无滤色镜
红色滤色镜
绿色滤色镜
35
相机
工业相机有多种类型 常见的分类方式如下 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
PPT VISION, Inc. | 6301 Old Shakopee Road Suite A | Bloomington, MN 55438 | 952-996-
12
9500 |
光学器件
PPT VISION, Inc. | 6301 Old Shakopee Road Suite A | Bloomington, MN 55438 | 952-996-
4
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
View 景深（DOF） – Depth of
Field 分辨率 - Resolution
PPT VISION, Inc. | 6301 Old Shakopee Road Suite A | Bloomington, MN 55438 | 952-996-
线阵相机芯片是1*N方式；
38
成像系统分辨率
• 系统组成 – 相机, 光学部件, 软件 • 最小可区别的特征大小 • 系统测量精度– 系统精度、重复精度 • 影响因素
分辨率 – 640x480… 1600x1200 光学部件质量 软件分辨率
测量 – 亚像素概念 特征点 – 5x5 像素区域
13
9500 |
镜头
14
光学器件
标准镜头
远心镜头
PPT VISION, Inc. | 6301 Old Shakopee Road Suite A | Bloomington, MN 55438 | 952-996-
15
9500 |
机器视觉基础知识
1
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
2
机器视觉系统概述
• 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
其它颜色 被吸收
29
光源 被检测零件特征
吸收
反射
传递
漫反射
镜面反射
PPT VISION, Inc. | 6301 Old Shakopee Road Suite A | Bloomington, MN 55438 | 952-996-
30
9500 |
光源 打光技术
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
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。
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。 例子：氙气灯泡
明视场
暗视场
背光
DPoPmTeVIS光ION, Inc. | 6301 Old Shakopee R结oad构Sui光te A | Bloomington, MN 55438 |同95轴2-9光96-
31
9500 |
光源 案例
明视场
Dome 光
PPT VISION, Inc. | 6301 Old Shakopee Road Suite A | Bloomington, MN 55438 | 952-996-
• 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
3
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
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
PPT VISION, Inc. | 6301 Old Shakopee Road Suite A | Bloomington, MN 55438 | 952-996-
100m
1.易用，价格 1.易用， 低，多相机 价格低 2.传输距离远，2.传输距 线缆价格低 离远，线 3.标准GigE 缆价格低 Vision协议
1.CPU占用高 2.对主机配置 要求高 3.有时存在丢 包现象
1.无标准 协议 2.带宽过 低 3.CPU占 用过高
37
相机
面阵相机芯片是M*N方式排列；
纯黑 = 0
PPT VISION, Inc. | 6301 O11ld76Sh94ak9o7 p10e0 e99Ro96ad99Su100ite96 A100 | Bloomington, MN 55438 | 952-996-
7
9500 |
CCD & CMOS
形态学方法 改变亮度级别 二值化
43
降低干扰 – 腐蚀/膨胀/打开/关闭/数学
全部或者部分图像 可多重反复处理 延长检测时间 结果 – 改良后图像… 但是… 可能降低或者改变源特征
PPT VISION, Inc. | 6301 Old Shakopee Road Suite A | Bloomington, MN 55438 | 952-996-
41
9500 |
梯度分析
• 边缘检测方法 • 灰度值的变化率
Greylevel vs. Gradient
100
Greylevel 30
90
Gradient
20
80
Greylevel el Gradient n
70
10
60
50
0
40
-10
30
20
-20
10
0
-30
8
9500 |
镜头
分辨率 焦距 景深 兼容芯片尺寸 远心 畸变
9
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
10
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
PPT VISION, Inc. | 6301 Old Shakopee Road Suite A | Bloomington, MN 55438 | 952-996-
18
9500 |
光源
高频荧光灯
卤 素 灯
LED灯
19
光源
20
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。