机器视觉基础知识PPT课件.

光源选型对成像影响实例
照明技术：亮视野与暗视野
杂散光
杂散光
直射光 暗视野 亮视野
直射光
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
低角度照明应用实例
照明技术：前向光直射照明
前向光直射照明示例
照明技术：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
照明技术：背光照明
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
FG I/O
图像 内存中
Fra Baidu bibliotek
结果 孔 半径
1 2 3 3.147 mm 3.052 mm 2.785 mm
被测物体
模拟视频流
数字图像
应用
CCD/CMOS图像传感器
机器视觉系统构成——数字摄像机
数字摄像机 （USB/1394a/1394b/GigE/CameraLink）
光源 镜头
机器视觉软件
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
提纲
• • • • 机器视觉系统概述 照明光源 镜头 工业摄像机
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。
从紫外到红外的较宽光谱范围， 另外有X光等特殊摄像机
感光范 400nm-750nm范围的可见 围 光
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 装臵 人有损害
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
精确测量
缩短产品 进入市场时间 及时过程监控
FG I/O
图像数据 被测物体 CCD/CMOS图像传感器
图像 内存中
结果 孔 半径
1 2 3 3.147 mm 3.052 mm 2.785 mm
数字图像
应用
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 I/O
模拟图像数据 被测物体 CCD/CMOS图像传感器
图像 内存中
集成化生产
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 表面检测 纹理分析 遥感 • • • • • • 医学图像分析 一维码读取 OCR&OCV 匹配 印刷检测 Blob分析
• PCB检测
• 测量
机器视觉应用领域
• 半导体
• • • • • • • • • •
结果 孔 半径
1 2 3 3.147 mm 3.052 mm 2.785 mm
数字图像
应用
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
机器视觉系统组件——照明光源
照明光源
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
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
灰度分辨 差，一般只能分辨64个灰 力 度级
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
机器视觉 vs 人类视觉
人类视觉 机器视觉
空间分 分辨率较差，不能观看微小 目前有4K×4K的面阵摄像机和 辨力 的目标 12K的线阵摄像机，通过备臵 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
背光照明示例
TCL
TCL
TCI
照明技术：颜色与补色
白色光 (混合色) 照射物
蓝色
其它颜色 被吸收
颜色与补色示例
白光 红光
蓝光
绿光
照明技术：偏光技术应用
偏光镜片 偏光板
光源A
光源B
偏光技术应用实例
防外乱光濾波片的効果 照明技术：防外乱光技术应用
金属工件輪廓模糊
防外乱光濾波片的効果
金属工件輪廓清晰
机器视觉系统——照明光源分类
高频荧光灯 卤 素 灯
LED灯
机器视觉系统——照明光源对比
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； 通过散热装臵，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。
机器视觉 vs 人类视觉
人类视觉 机器视觉
适应性
智能
适应性强，可在复杂及变 化的环境中识别目标
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
适应性差，容易受复杂背景及环 境变化的影响
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
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
机器视觉系统组件——镜头
镜头
成像尺寸
焦距与视场角
焦距与视场角
例如： 使用HV1303UM 拍摄视野为440mm*330mm 拍摄距离为2500mm
常用公式
放大率 物距
像距
焦距 物高 像高
m h' / h L ' / L L f (1 1 / m) L' f (1 m) f L /(1 1 / m) h h' / m h' ( L f ) / f h' mh h( L' f ) / f