机器视觉基础知识PPT课件

光源 镜头
机器视觉软件
FG I/O
图像数据
图像 内存中
结果 孔 半径
1 3.147 mm ✓ 2 3.052 mm ✓ 3 2.785 mm
被测物体 CCD/CMOS图像传感器
数字图像
应用
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机器视觉系统构成——智能摄像机
智能摄像机
光源 镜头
机器视觉软件
FG
图像
I/O
内存中
模拟图像数据 数字图像
结果 孔 半径
空间分 辨力
分辨率较差，不能观看微小 的目标
目前有4K×4K的面阵摄像机和 12K的线阵摄像机，通过备置 各种光学镜头，可以观测小 到微米大到天体的目标
速度
0.1秒的视觉暂留使人眼无法 快门时间可达到10微妙左右，高
看清较快速运动的目标
速像机帧率可达到1000以上，
处理器的速度越来越快
感光范 400nm-750nm范围的可见 从紫外到红外的较宽光谱范围，
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机器视觉 vs 人类视觉
人类视觉
机器视觉
适应性 适应性强，可在复杂及变 适应性差，容易受复杂背景及环
化的环境中识别目标
境变化的影响
智能
具有高级智能，可运用逻 辑分析及推理能力识别 变化的目标，并能总结 规律
彩色识别 对色彩的分辨能力强，但 能力 容易受人的心理影响， 不能量化
灰度分辨 差，一般只能分辨64个灰
• 医学图像分析 • 测量 • 一维码读取 • OCR&OCV • 匹配 • 印刷检测 • Blob分析
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机器视觉应用领域
• 半导体 • 汽车制造 • 制陶业 • 化学业 • 电子部件及设备 • 食品业 • 玻璃业 • 生命科学 • 医学 • 钢铁 • 矿业
• 光学行业 • 纸制品 • 药物 • 照相学和遥感 • 印刷 • 铁路运输 • 监控 • 航空宇航 • 造船 • 无线通信 • 交通 • 木材 • 等等
以用作频闪灯； 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。
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光源选型对成像影响实例
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照明技术：亮视野Байду номын сангаас暗视野
杂散光
直射光
暗视野
杂散光
直射光 亮视野
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照明技术：低角度照明
常应用于检测平滑表面上变化的部分 如：划痕、刀痕、边缘
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低角度照明应用实例
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常用公式 放大率 m h'/hL '/L
物距 Lf(11/m) 像距 L'f(1m) 焦距 f L/1(1/m) 物高 h h '/m h '(L f)/f 像高 h'mh(L 'f)/f
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镜头分辨率
分辨率单位：lp/mm 影响因素：
镜头结构、材质、加工精度 镜头的相对孔径越大，分辨率越高 光波长度，波长越短分辨率越高 视场中心较边缘分辨率高 同档次的固定焦距镜头较变焦镜头分辨率高 短焦镜头一般边缘分辨率较中心低，长焦镜头一般中 心较边缘分辨率低。 理想光学系统的最小分辨距离 b = (0.61λ)/nsinωmax 其中，λ为光的波长 n为像空间介质折射率 ωmax为像方孔径角 当镜头对无限远成像，且像方为空气时（近似计算公式） b = 1.22 λF 其中，F为光圈数
中国大恒（集团）有限公司北京图像视觉技 术分公司
机器视觉系统概述
主讲人：陈欣
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提纲
机器视觉系统概述 照明光源 镜头 工业摄像机
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机器视觉系统
机器视觉是一门技术，该技术被广泛应用在生产制 造等行业。可用来保证产品质量、控制生产流程、 感知环境等。 机器视觉系统是基于机器视觉技术为机器或自动化 生产线建立的一套视觉系统。
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照明技术：前向光直射照明
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前向光直射照明示例
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照明技术：前向光漫射照明
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前向光漫射照明示例
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前向光漫射照明示例
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照明技术：背光照明
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背光照明示例
TCL
TCL
TCI
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照明技术：颜色与补色
照射物
白色光 (混合色)
蓝色
其它颜色 被吸收
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颜色与补色示例
白光
红光
蓝光
绿光
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照明技术：偏光技术应用
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机器视觉系统构成——模拟相机
光源 镜头 摄像机 图像采集卡
机器视觉软件
结果
FG
图像
孔 半径
I/O
内存中
1 3.147 mm ✓ 2 3.052 mm ✓
3 2.785 mm
被测物体
模拟视频流 数字图像
CCD/CMOS图像传感器
应用
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机器视觉系统构成——数字摄像机
数字摄像机 （USB/1394a/1394b/GigE/CameraLink）
力
度级
虽然可利用人工智能及神经网络 技术，但智能很差，不能很 好地识别变化的目标
受硬件条件的制约，目前一般的 图像采集系统对色彩的分辨 能力较差，但具有可量化的 优点
强，目前一般使用256灰度级， 采集系统可具有10bit、12bit、 16bit等灰度级
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机器视觉 vs 人类视觉
人类视觉
机器视觉
1 3.147 mm ✓ 2 3.052 mm ✓ 3 2.785 mm
被测物体
应用
CCD/CMOS图像传感器
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机器视觉市场
机器视觉系统中部件包括： 光源、工业摄像机、图像采集卡、镜头、图像 处理设备等。
机器视觉市场包括: 部件生产商 代理商 系统集成商
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机器视觉系统组件——照明光源
偏光板
偏光镜片
光源A
光源B
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偏光技术应用实例
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防外乱光濾波片的効果
照明技术：防外乱光技术应金用属工件輪廓模糊
防外乱光濾波片的効果
金属工件輪廓清晰
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机器视觉系统组件——镜头
镜头
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成像尺寸
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焦距与视场角
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焦距与视场角
例如： 使用HV1303UM 拍摄视野为440mm*330mm 拍摄距离为2500mm
围
光
另外有X光等特殊摄像机
环境要 对环境温度、湿度的适应性 对环境适应性强，另外可加防护
求
差，另外有许多场合对
装置
人有损害
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机器视觉系统作用
100%质量保证 100%检测
改进生产流程
提高产量
机器视觉技术 功能
缩短产品 进入市场时间
及时过程监控
精确测量 集成化生产
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机器视觉应用领域
高速检测 精确机器人导航 定位及配准 装配检测 PCB检测 表面检测 纹理分析 遥感
照明光源
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机器视觉系统——照明光源分类
高频荧光灯
卤
素
灯
LED灯
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机器视觉系统——照明光源对比
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LED光源特点
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