42机器视觉系统之相机篇PPT课件
合集下载
机器视觉系统之相机篇PPT课件
IEEE1394总线特征
Ø 1394总线的“心跳”周期是125 µs (8 kHz)； Ø 包长：1394总线每125 µs 发送的同步数据包
尺寸。
IEEE1394总线特征
IEEE1394传输距离
➢ 1394a，单根4.5m(S400)，加中继可达70m。高 质量的线缆可达17.5m(S400)(AVT)，如果调整到 S100或S200，则传输距离可达25m，甚至更长；
CCD Sensor—全帧转移
➢ 优点：填充因子(fill factor)可以达到非常高， 甚至达到100%。这样 Sensor灵敏度非常大。
➢ 缺点：由于传输和读出 使用的时钟相同，因此 Sensor上面的部分曝光 时间比下面的长，这会 造成Smear现象。为了解 决这个问题，必须使用
机械快门或闪光灯。
Output (Amplifier)
电子快门和微透镜
➢Overflow Drain主 要用来消除CCD Sensor的Blooming现 象，它也被用来实现 电子快门
➢通过Micro Lenses 可以将传感器的填充 因子提高。
CMOS Se行扫描
20
USB总线传输方式
➢ 等时(isochronous)传输方式。提供了确定的带宽和间隔时 间，在传送数据发生错误时，USB并不处理这些错误，而是 继续传送新的数据；
➢ 中断(interrupt)传输方式。传输数据量小，以达到实时效 果；
➢ 控制(control)传输方式。双向传输，数据量也比较小； ➢ 批(bulk)传输方式。该方式用来传输要求正确无误的数据；
➢ 1394b,单根10m(S800)；转网络传输，用Cat5线 可达到100m(S100)，使用Cat6线，在S400情况下可 达60m；转光纤传输，可达500m(S400/S800)；直接 光纤传输100m(S800)(AVT Pike和Stingray系列)
机器视觉系统概述课件
REPORTING
图像采集技术
分辨率与清晰度
高分辨率和清晰的图像是机器视觉的基础，决定 了识别和判断的准确性。
动态范围
捕捉不同光照条件下的图像，使机器视觉系统能 够处理真实场景中的各种挑战。
颜色再现性
确保系统能够准确识别和区分颜色，这对于许多 应用至关重要。
图像处理算法
滤波与降噪
去除图像中的噪声，提高后续处理的准确性。
3D视觉技术
1 2
立体视觉
通过分析两幅或多幅图像的差异，重构物体的 三维结构。
结构光
通过投射已知的光模式到物体上，再分析反射 的光线，计算物体的形状和距离。
3
光编码与时间测量
利用特殊的光编码技术和高精度的时间测量， 实现高精度的3D重建。
2023
PART 04
机器视觉系统的实施步骤
REPORTING
边缘检测与特征提取
从图像中识别关键特征，帮助系统理解和区分不同 的物体。
图像分割
将图像划分为有意义的部分，以便于分析和识别。
深度学习在机器视觉中的应用
对象识别
利用深度学习模型（如CNN）识别图像中的物 体。
目标跟踪
实时跟踪视频流中的对象，用于监控、人机交互 等应用。
场景理解
通过深度学习分析图像，理解场景的三维结构和 语义信息。
2023
PART 02
机器视觉系统的组成
REPORTING
图像获取
相机选择
根据应用需求选择合适的相机类 型，如面阵相机、线扫描相机等
。
照明方式
选择合适的照明方式以提高图像质 量，如前向照明、背光照明等。
镜头调整
根据目标物体的距离和尺寸调整镜 头焦距，以获得清晰、高分辨率的 图像。
机器视觉系统原理及基础知识PPT
机器视觉系统原理及基础 知识
本PPT将介绍机器视觉系统的概述、图像处理基础、图像分割与边缘检测、形 态学处理、特征提取与描述、相机标定与几何变换、目标跟踪、机器学习在 机器视觉中的应用等。
机器视觉系统概述
机器视觉系统是指通过计算机对图像进行处理、分析和理解，模拟人类视觉 系统的功能和能力，用于实现自动检测、识别、测量等任务。
特征提取与描述
特征提取是从图像中提取出具有代表性的特征，如颜色、纹理、形状等，特征描述是对这些特征进行数学建模 和描述，用于图像匹配和识别。
相机标定与几何变换
相机标定是确定摄像机的内部和外部参数，几何变换是通过变换矩阵对图像 进行旋转、平移、缩放等操作，用于图像校正和重建。
目标跟踪
目标跟踪是指在连续图像序列中跟踪特定的目标物体，如运动物体或行人， 用于视频监控、无人驾驶等应用。
图像处理基础
图像处理是指对图像进行数字化处理，包括图像采集、图像预处理、图像增强、图像压缩等，用于提取和改善 图像的特征和质量。
图像分割与边缘检测
图像分割是将图像分割成不同的区域，边缘检测是提取图像中的边缘线条， 用于目标检测和图像理解等应用。
形态学处理
形态学处理是一种基于图像形状和结构的图像处理技术，通过腐蚀、膨胀、开运算、闭运算等操作，用于图像 滤波和形状分析。
ห้องสมุดไป่ตู้
机器学习在机器视觉中的应用
机器学习是一种通过训练数据和统计方法来构建模型和预测的方法，应用于 图像分类、目标检测、人脸识别等机器视觉任务。
本PPT将介绍机器视觉系统的概述、图像处理基础、图像分割与边缘检测、形 态学处理、特征提取与描述、相机标定与几何变换、目标跟踪、机器学习在 机器视觉中的应用等。
机器视觉系统概述
机器视觉系统是指通过计算机对图像进行处理、分析和理解，模拟人类视觉 系统的功能和能力，用于实现自动检测、识别、测量等任务。
特征提取与描述
特征提取是从图像中提取出具有代表性的特征，如颜色、纹理、形状等，特征描述是对这些特征进行数学建模 和描述，用于图像匹配和识别。
相机标定与几何变换
相机标定是确定摄像机的内部和外部参数，几何变换是通过变换矩阵对图像 进行旋转、平移、缩放等操作，用于图像校正和重建。
目标跟踪
目标跟踪是指在连续图像序列中跟踪特定的目标物体，如运动物体或行人， 用于视频监控、无人驾驶等应用。
图像处理基础
图像处理是指对图像进行数字化处理，包括图像采集、图像预处理、图像增强、图像压缩等，用于提取和改善 图像的特征和质量。
图像分割与边缘检测
图像分割是将图像分割成不同的区域，边缘检测是提取图像中的边缘线条， 用于目标检测和图像理解等应用。
形态学处理
形态学处理是一种基于图像形状和结构的图像处理技术，通过腐蚀、膨胀、开运算、闭运算等操作，用于图像 滤波和形状分析。
ห้องสมุดไป่ตู้
机器学习在机器视觉中的应用
机器学习是一种通过训练数据和统计方法来构建模型和预测的方法，应用于 图像分类、目标检测、人脸识别等机器视觉任务。
机器视觉系统详解ppt课件
• 避免光线变化 如果照明系统发生明暗变化，会造成图象明暗变化。这将直接影响系统运行的稳定性
• 避免外界影响 注意系统周围环境的影响，如生产线上的照明系统、室外阳光等等可移动的人或物会遮挡系统 照明
高等课堂
50
七、机器视觉系统搭建
小结
• #1：获得完美图象的6大要素及控制因素 高系统精度。控制因素：视野、相机分辨率。 清晰成象。控制因素：镜头、光源 避免畸变。控制因素：镜头 保持待测物体在成象中大小一致。控制因素：视野、拍照角度、待测物位置 反差最大化。控制因素：光源、镜头 恰当的照明与曝光。控制因素：光源、镜头
高等课堂
52
七、机器视觉系统搭建
项目评估的基本步骤1：
检测项目 条款
检测项目条款 • 条款名称及详细说明
客户需求
系统精度 要求
系统速度 要求
系统工作 空间要求
系统精度要求
• 详细记录每项条款的精度 要求
系统速度要求
• 清楚了解整个系统的速度要求
• 对于设备制造商，还需要了解 整个设备的工作流程
LED灯源 中 中 高 有 高 低 有 高
34
六、软硬件知识--镜头篇
镜头的介绍 1、基本功能
-实现光束变换，将目标成像在图像传感器的光敏面上；
2、镜头与相机匹配
-镜头接口是否为工业标准接口，C/CS接口、F口等； -镜头成象面是否>=相机CCD尺寸； 若相机CCD为1/2英寸，而镜头为1/3英寸，则该镜头与相机不匹配。
高等课堂
35
六、软硬件知识--镜头篇
3、工作距离
-镜头焦距是否适合系统工作空间
4、系统精度
-获取最佳视野 -镜头畸变对系统精度的影响 -镜头分辨率对系统精度的影响
• 避免外界影响 注意系统周围环境的影响，如生产线上的照明系统、室外阳光等等可移动的人或物会遮挡系统 照明
高等课堂
50
七、机器视觉系统搭建
小结
• #1：获得完美图象的6大要素及控制因素 高系统精度。控制因素：视野、相机分辨率。 清晰成象。控制因素：镜头、光源 避免畸变。控制因素：镜头 保持待测物体在成象中大小一致。控制因素：视野、拍照角度、待测物位置 反差最大化。控制因素：光源、镜头 恰当的照明与曝光。控制因素：光源、镜头
高等课堂
52
七、机器视觉系统搭建
项目评估的基本步骤1：
检测项目 条款
检测项目条款 • 条款名称及详细说明
客户需求
系统精度 要求
系统速度 要求
系统工作 空间要求
系统精度要求
• 详细记录每项条款的精度 要求
系统速度要求
• 清楚了解整个系统的速度要求
• 对于设备制造商，还需要了解 整个设备的工作流程
LED灯源 中 中 高 有 高 低 有 高
34
六、软硬件知识--镜头篇
镜头的介绍 1、基本功能
-实现光束变换，将目标成像在图像传感器的光敏面上；
2、镜头与相机匹配
-镜头接口是否为工业标准接口，C/CS接口、F口等； -镜头成象面是否>=相机CCD尺寸； 若相机CCD为1/2英寸，而镜头为1/3英寸，则该镜头与相机不匹配。
高等课堂
35
六、软硬件知识--镜头篇
3、工作距离
-镜头焦距是否适合系统工作空间
4、系统精度
-获取最佳视野 -镜头畸变对系统精度的影响 -镜头分辨率对系统精度的影响
机器视觉基础知识课件专业教育
高等课堂
2
一、机器视觉相关概念
• 机器视觉系统的定义：
机器视觉系统是指通过图像采集单元（相机），将被摄取目标转 换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、 颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算 来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。
• 主要适用环境：
获得完美图象的6大要素
#1：高系统精度
• 系统精度（System accuracy） X方向系统精度（X方向象素值）＝ 视野范围（X方向）÷ CCD芯片象素数量（X方向） Y方向系统精度（Y方向象素值）＝ 视野范围（Y方向÷ CCD芯片象素数量（Y方向） 该指标取决于，相机分辨率及视野（FOV）
FOV：100MM
#5：结构光法——最简便的三维测量
激光或线性光 源
固定角度照射
三维深度信息
高等课堂
29
六、软硬件知识--光源篇 常用照明技术
#6：影子的利用——最不直接的测量
待测物高度信息
待测物长度信息
高等课堂
30
六、软硬件知识--光源篇 常用照明技术
#7：彩色的考虑
光
色
的
彩
三
三
原 色
原 色
光的三原色：红、绿、蓝；色彩三原色：青、紫、黄。 世界上所有颜色都是由三原色按不同比例组合而成 三原色的色光叠加为白光。如：日光 三原色的色彩叠加为黑色。
• 系统速度要求与相机成象速度
系统单次运行速度 = 系统成象速度 + 系统检测速度 帧速或线数 快门速度
高等课堂
39
六、软硬件知识--工控机篇
工控机选型的要素
• 关键关注因素：
机器视觉入门介绍ppt课件
灵活性高，可扩充性强，支持远距离传输，支持多点传输，技术成熟，鲁棒性强，成本低。
• USB3.0
灵活性高。传输距离短，可靠性低，技术不成熟。
27
图像分析——核心算法
物体测量
二维码读取
瑕疵检测
空间标定
图像数学和逻辑运算
图像分割
28
图像分析——核心算法
模板和形状匹配 光学字符的识别与确认
色彩检测
41
应用案例——产品可追溯
• 使用机器视觉技术进行条码读取和标签验证，具体包括读码（包括读取一维码，二维 码），OCR（光学字符识别），检测有/无，定位，测量，标签验证，OCV（光学字符 验证）等等，
• 保证产品质量和全程可视化操作。管理者和生产人员可轻松地管理日常工作，对各类 时间能快速响应和决断，确保生产顺利进行，实现产品的全程可追溯性。
硬件——相机，控制器，光源及支架； 软件——控制系统，图形用户界面(GUI)和图像分析算法。
厂家
擅长
前身
康耐视
识别/检测/测量
一/二维码识别
迈思肯
识别/检测/测量
一/二维码识别
邦纳
识别/检测/测量
传感器
Leuze
识别/检测/测量
传感器
基恩士
识别/检测/测量
传感器
ABB
机械手引导
变频器
管脚定义不统一，电缆成本高。
• Camera Link
高速，高可靠性。不便于多相机连接和集中控制，电缆价格高。
• IEE1394
灵活性高，成本低。传输距离短，可靠性低。
• USB2.0
灵活性高，成本低。传输距离短，可靠性低，技术不成熟。
• GigEVision
• USB3.0
灵活性高。传输距离短，可靠性低，技术不成熟。
27
图像分析——核心算法
物体测量
二维码读取
瑕疵检测
空间标定
图像数学和逻辑运算
图像分割
28
图像分析——核心算法
模板和形状匹配 光学字符的识别与确认
色彩检测
41
应用案例——产品可追溯
• 使用机器视觉技术进行条码读取和标签验证，具体包括读码（包括读取一维码，二维 码），OCR（光学字符识别），检测有/无，定位，测量，标签验证，OCV（光学字符 验证）等等，
• 保证产品质量和全程可视化操作。管理者和生产人员可轻松地管理日常工作，对各类 时间能快速响应和决断，确保生产顺利进行，实现产品的全程可追溯性。
硬件——相机，控制器，光源及支架； 软件——控制系统，图形用户界面(GUI)和图像分析算法。
厂家
擅长
前身
康耐视
识别/检测/测量
一/二维码识别
迈思肯
识别/检测/测量
一/二维码识别
邦纳
识别/检测/测量
传感器
Leuze
识别/检测/测量
传感器
基恩士
识别/检测/测量
传感器
ABB
机械手引导
变频器
管脚定义不统一，电缆成本高。
• Camera Link
高速，高可靠性。不便于多相机连接和集中控制，电缆价格高。
• IEE1394
灵活性高，成本低。传输距离短，可靠性低。
• USB2.0
灵活性高，成本低。传输距离短，可靠性低，技术不成熟。
• GigEVision
机器视觉基础知识PPT课件.
FG I/O
图像 内存中
结果 孔 半径
1 2 3 3.147 mm 3.052 mm 2.785 mm
被ห้องสมุดไป่ตู้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
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
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。
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
• • • • • • • • • • • • •
机器视觉系统之相机篇PPT文档共53页
机器视觉系统之相机篇
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
55、为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
55、为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
机器视觉系统详解 ppt课件
适合的灯源可以提高系统检测精度、运行速度及工作效率。
ppt课件
3
第二节：照明方式的分类
在机器视觉系统中一般使用透射光和反射光。
反射光
透射光
光源
相机
光源
相机
产品
产品
光源
ppt课件
4
第三节：光源的分类及比较
萤光灯 卤素灯+光纤导管 LED光源 其他（激光、紫外光等）
其中LED光源凭借其诸多的优点在现代pp机t课器件 视觉系统中得到越来越多的应用。 5
第五节：远心镜头
在测量系统中，有一些因素影响测量的精度与重复性。 1. 物体位置变化引起的比例尺变化 2. 畸变 3. 投影误差 4. 物体边缘测量误差大 采用远心镜头可以很大程度的降低
以上误差，甚至消除这些误差。 远心镜头的口径至少要与需要观察的物体
尺寸相等或更大。
ppt课件
21
第六节：选择镜头的原则
1. 机器视觉镜头可支持的最大的CCD尺寸不能小于所搭配 的相机中CCD传感器芯片的尺寸 。 .如果镜头尺寸比 CCD靶面尺寸小,图片边缘会出现黑场,即只有中间一个 圆圈的视场是有效的.
ppt课件
22
2.镜头接口要跟相机接口匹配安装，也可通 过转换匹配安装 。
ppt课件
23
3.镜头的工作距离要适当。
• C/CS能够匹配的最大的图像传感器的尺寸不超过1“。
• F-Mount，卡口，没有螺纹。
• 其他类型
ppt课件
16
第三节：镜头各个参数间的关系 光圈大通光能力大，光圈小通光能力小； 光圈小则景深大，光圈大则景深小；
ppt课件
17
第四节：镜头的分类
按照等效焦距分为
ppt课件
3
第二节：照明方式的分类
在机器视觉系统中一般使用透射光和反射光。
反射光
透射光
光源
相机
光源
相机
产品
产品
光源
ppt课件
4
第三节：光源的分类及比较
萤光灯 卤素灯+光纤导管 LED光源 其他（激光、紫外光等）
其中LED光源凭借其诸多的优点在现代pp机t课器件 视觉系统中得到越来越多的应用。 5
第五节：远心镜头
在测量系统中，有一些因素影响测量的精度与重复性。 1. 物体位置变化引起的比例尺变化 2. 畸变 3. 投影误差 4. 物体边缘测量误差大 采用远心镜头可以很大程度的降低
以上误差，甚至消除这些误差。 远心镜头的口径至少要与需要观察的物体
尺寸相等或更大。
ppt课件
21
第六节：选择镜头的原则
1. 机器视觉镜头可支持的最大的CCD尺寸不能小于所搭配 的相机中CCD传感器芯片的尺寸 。 .如果镜头尺寸比 CCD靶面尺寸小,图片边缘会出现黑场,即只有中间一个 圆圈的视场是有效的.
ppt课件
22
2.镜头接口要跟相机接口匹配安装，也可通 过转换匹配安装 。
ppt课件
23
3.镜头的工作距离要适当。
• C/CS能够匹配的最大的图像传感器的尺寸不超过1“。
• F-Mount，卡口，没有螺纹。
• 其他类型
ppt课件
16
第三节：镜头各个参数间的关系 光圈大通光能力大，光圈小通光能力小； 光圈小则景深大，光圈大则景深小；
ppt课件
17
第四节：镜头的分类
按照等效焦距分为
智能视觉技术及应用 课件 第2章 工业相机
机数据接口可以分为模拟接口和数字接口两大类。模拟接口 主要是利用模拟数据采集卡与图像处理设备相连,数据传递 的速度和精度较差,但价格低廉,目前在机器视觉系统中还有 少量应用。数字接口是目前相机接口的主流技术,以下介绍 最常用的几种数字接口。
第2章 工业相机
1.CameraLink接口 CameraLink标准由美国自动化工业学会定制、修改、发 布,CameraLink接口解决了工业相机高速传输的问题,只要是 符合 CameraLink标准的摄像机和图像卡就可以在物理上互 相接入。CameraLink 标准包含 Base、Medium、Full三个规 范,但都使用统一的线缆和接插件。 CameraLink接口价格昂贵,使用时需要配套专用采集卡, 因此主要应用于高速工业相机以及高分辨率工业相机中,4K 以上的线阵相机最为常见,最大传输距离为10 m。图2-11为 CameraLink接口示意图。
第2章 工业相机
数字相机图像质量好、分辨率选择范围大、帧速高,是 做图像处理和视觉检测项目的优质之选。视觉系统要求分辨 率提高、数据位深加大以及帧速提高,都会大大增加视频传 送的速度和频带,从而对相机主时钟的频率要求也相应提高。 数字相机除了非常适合于非标准的、逐行的、花样繁多的扫 描格式外,它甚至可以设计成数字视频的多输出,从而成倍地 提高数据输出速度和频率。
第2章 工业相机
第2章 工业相机
2.1 工业相机概述 2.2-工业相机的分类 2.3 工业相机的参数 2.4 工业相机的选型 本章小结
第2章 工业相机
2.1 工业相机概述
智能视觉系统可分为图像采集、图像处理以及图像结果 显示与控制三个部分,可进一步细分为光学、图像采集、图 像数字化、数字图像处理、智能判断决策和控制执行等模块。 智能视觉系统的图像采集模块由工业相机、工业镜头、视觉 光源等硬件组成。光源为视觉系统提供充足的光照,屏蔽外 界光干扰;镜头将被测物体成像到相机的视觉传感器靶面上; 相机将光信号转变成有序的电信号,再将电信号转变为数字 图像,以便计算机(或工控机)接收并实现图像的存储、处理、 分析以及测量结果和控制信号的输出。
第2章 工业相机
1.CameraLink接口 CameraLink标准由美国自动化工业学会定制、修改、发 布,CameraLink接口解决了工业相机高速传输的问题,只要是 符合 CameraLink标准的摄像机和图像卡就可以在物理上互 相接入。CameraLink 标准包含 Base、Medium、Full三个规 范,但都使用统一的线缆和接插件。 CameraLink接口价格昂贵,使用时需要配套专用采集卡, 因此主要应用于高速工业相机以及高分辨率工业相机中,4K 以上的线阵相机最为常见,最大传输距离为10 m。图2-11为 CameraLink接口示意图。
第2章 工业相机
数字相机图像质量好、分辨率选择范围大、帧速高,是 做图像处理和视觉检测项目的优质之选。视觉系统要求分辨 率提高、数据位深加大以及帧速提高,都会大大增加视频传 送的速度和频带,从而对相机主时钟的频率要求也相应提高。 数字相机除了非常适合于非标准的、逐行的、花样繁多的扫 描格式外,它甚至可以设计成数字视频的多输出,从而成倍地 提高数据输出速度和频率。
第2章 工业相机
第2章 工业相机
2.1 工业相机概述 2.2-工业相机的分类 2.3 工业相机的参数 2.4 工业相机的选型 本章小结
第2章 工业相机
2.1 工业相机概述
智能视觉系统可分为图像采集、图像处理以及图像结果 显示与控制三个部分,可进一步细分为光学、图像采集、图 像数字化、数字图像处理、智能判断决策和控制执行等模块。 智能视觉系统的图像采集模块由工业相机、工业镜头、视觉 光源等硬件组成。光源为视觉系统提供充足的光照,屏蔽外 界光干扰;镜头将被测物体成像到相机的视觉传感器靶面上; 相机将光信号转变成有序的电信号,再将电信号转变为数字 图像,以便计算机(或工控机)接收并实现图像的存储、处理、 分析以及测量结果和控制信号的输出。
机器视觉系统详解PPT课件
目前常用的LED光源有：环形光、条形光、 面板光、同轴光、点光源、线光源等等。
根据不同的产品选择合适的光源，有时候 会需要几种光源进行组合照明。
第二章、镜头
第一节：镜头简介
光学镜头相当于人眼的晶状体，在机 器视觉系统中非常重要。
第二节：镜头的基本概念
视野 (FOV)
图像采集设备所能够覆盖的范围，它可以是在监视器上可以见到的 范围，也可以使设备所输出的数字图像所能覆盖的最大范围。
5.机器视觉镜头的畸变率要符合测量标准。直线在 经过透镜成像后会变成弯曲的现象，这就是畸变， 畸变主要有两种，分别为桶形畸变和枕形畸变。 畸变的存在是具有普遍性的，目前也没有能完全 消除的手段，所以能将畸变率控制在一个水平上 就算是合格了。
分辨率
测量系统能够重现的最小的细节的尺寸常 常用每毫米线对来表示，也就是根据这个 镜头能够分辨一毫米内多少对直线。选择 镜头的时候必须注意厂商给出的分辨率的 定义方式。
焦距
焦距是像方主面到像方焦点的距离。如 16mm， 25mm，35mm等。
成像面
可以在镜头的像面上清晰成像的物方平面。
光源是一个视觉应用开始工作的第一步，好的光源与照明 方案往往是整个系统成败的关键，起着非常重要的作用。
使用光源的目的：光源并不是简单的照亮物体而已。 1.光源与照明方案的配合应尽可能地突出物体特征量； 2.将待测区域与背景明显区分开，增加对比度，消隐不感 兴趣的部分； 3.增强待测目标边缘清晰度； 4.保持足够的整体亮度； 5.物体位置的变化不应该影响成像的质量。
第四节：光源选择的注意事项
影响因素： 1.相机光谱响应特性； 2.LED的颜色、反光角度、亮度、寿命等； 3.物品形状与LED形状； 4.打光方式； 5.辅助手段（偏光镜、滤光镜、漫反射板等）
根据不同的产品选择合适的光源，有时候 会需要几种光源进行组合照明。
第二章、镜头
第一节：镜头简介
光学镜头相当于人眼的晶状体，在机 器视觉系统中非常重要。
第二节：镜头的基本概念
视野 (FOV)
图像采集设备所能够覆盖的范围，它可以是在监视器上可以见到的 范围，也可以使设备所输出的数字图像所能覆盖的最大范围。
5.机器视觉镜头的畸变率要符合测量标准。直线在 经过透镜成像后会变成弯曲的现象，这就是畸变， 畸变主要有两种，分别为桶形畸变和枕形畸变。 畸变的存在是具有普遍性的，目前也没有能完全 消除的手段，所以能将畸变率控制在一个水平上 就算是合格了。
分辨率
测量系统能够重现的最小的细节的尺寸常 常用每毫米线对来表示，也就是根据这个 镜头能够分辨一毫米内多少对直线。选择 镜头的时候必须注意厂商给出的分辨率的 定义方式。
焦距
焦距是像方主面到像方焦点的距离。如 16mm， 25mm，35mm等。
成像面
可以在镜头的像面上清晰成像的物方平面。
光源是一个视觉应用开始工作的第一步，好的光源与照明 方案往往是整个系统成败的关键，起着非常重要的作用。
使用光源的目的：光源并不是简单的照亮物体而已。 1.光源与照明方案的配合应尽可能地突出物体特征量； 2.将待测区域与背景明显区分开，增加对比度，消隐不感 兴趣的部分； 3.增强待测目标边缘清晰度； 4.保持足够的整体亮度； 5.物体位置的变化不应该影响成像的质量。
第四节：光源选择的注意事项
影响因素： 1.相机光谱响应特性； 2.LED的颜色、反光角度、亮度、寿命等； 3.物品形状与LED形状； 4.打光方式； 5.辅助手段（偏光镜、滤光镜、漫反射板等）
机器视觉培训-工业相机 ppt课件
ppt课件
21
第三讲 工业相机
四、工业相机分类（6）
模拟相机 VS。 数字相机
相对来说模拟相机的价格比较低廉，使用比较简单。但 是模拟相机存在一个分辨率和帧频率的上限，而且对于 传输过程中的噪声和损耗也较为敏感。数字相机，通常 具有更高的分辨率，当然价格也更昂贵，而且牵涉到比 较复杂的按照调试工作，即使这个系统只需要最简单的 功能，数字相机的传输距离通常较模拟相机短。
第三讲 工业相机
第二讲 工业相机
内容提要
基本概念 基本结构 成像原理
ppt课件
1
第三讲 工业相机 一、工业相机的基本概念（1）
传感器的尺寸
图像传感器感光区域的面积大小。这个尺寸直接 决定了整个系统的物理放大率。如：1/3“、1/2”等。绝 大多数模拟相机的传感器的长宽比例是4：3 (H：V)， 数字相机的长宽比例则包括多种：1：1，16：9，3：2 etc。
某点的明暗信息。 CCD成象的“溢出”（Blooming）问题：当CCD象素接 收到过多的光子，存储器中所收集的自由电子就会向周
边的象素“溢出”。致使整个区域成象变亮。
ppt课件
16
第三讲 工业相机
三、工业相机的基本原理3
电子快门时间
图像传输时间
自己设置。但相机传输速率 （Frame rate）是相对固定的。因此，传输速率是相机 的成像速度的“瓶颈”。例：电子快门速度可达1/1000 秒，但成像却只能达到60帧/秒。
ppt课件
20
第三讲 工业相机
四、工业相机分类（5）
彩色VS黑白
黑白相机的每个像素仅仅采集亮度信号，对于彩色相机，则是借 助于一个Bayer滤色片让每个像素来采集图像特定的色彩分量， 然后利用后期的电路再重建出真是色彩，所以黑白相机的分辨率 通常比具有同样像素数目和同级别后期处理电路的彩色相机搞出 10－20％（in TVL)。此外由于没有覆盖Bayer滤色片，黑白 相机在弱光下面的灵敏度也更好一些。但是彩色相机在检测那些 具有色彩敏感信息的目标的时候具有突出的优势。当然黑白相机 也可以通过对光源色彩的控制实现这一功能。如果需要更高质量 的彩色视频，就需要采用3－CCD技术的彩色相机。
机器视觉培训-工业相机 ppt课件
第三讲 工业相机 一、工业相机的基本概念（9）
传感器的光谱
下面是一个典型的CCD图像传感器对于不同光谱的响应 曲线。
第三讲 工业相机 一、工业相机的基本概念（10）
信号格式 模拟图像信号的格式包括：复合视频信号，Y/C分离信号， RGB分量信号。绝大多数周边设备都能够兼容这些信号格式。 通常情况下对于彩色视频信号，Y/C分离传输的方式优于复合 视频传输的方式，RGB分量传输的方式又优于Y/C分离传输方 式。 数字相机的信号传输格式更为复杂，目前普遍应用的包括：
第三讲 工业相机 一、工业相机的基本概念（2）
物理放大率
传感器感光面积于视野的比值，整个参数基本取 决于镜头
系统放大率 最后显示环节上目标的尺寸于实际目标尺寸的比 值。系统放大率取决于物理放大率和显示系统的阐述。 对于自动测量和检测系统而言，物理放大率具有关键的 意义。系统放大率仅仅对于需要人机交互进行检测的系 统有意义 像素（Pixel =picture+element） 传感器感光面上最小感光单位。
3 5 2 4 6
相机扫描方式
隔行扫描（ Interlace ）
第三讲 工业相机 一、工业相机的基本概念（7）
1
3
5
2 4
相机扫描方式 逐行扫描（ Progressive scan ）
第三讲 工业相机
一、工业相机的基本概念（8）
异步触发 通常情况下相机是一帧一帧拍摄的，所以进行高速拍摄 的时候最高的同步精度不可能超过一帧图像的周期，对于某些 支持异步触发的相机，可以在当前帧扫描尚未完成的情况下， 将当前帧抛弃，直接开始新一帧图像的扫描，可以使得告诉拍 摄的同步精度达到一行的扫描周期。 最低照度 又称灵敏度，衡量相机对光线敏感程度的指标。通常情 况下是指相机获得30％最大输出值时候所需的照度。单位是 Lux。 局部扫描 多数数字相机支持仅仅输出传感器上某一部分像素，这 些像素位于某个矩形窗口内。通过具备扫描可以获得更高的桢 频率。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
...............................
Readout register
CCD Sensor—行转移
Sensor elements
Shielded
(Photo diodes) vertical shift register
Horizontal shift registers
➢转移时间约为1us，因此完全不 存在Smear现象。 ➢优点：由于转移时间非常短， 因此不需要使用机械快门或闪光 灯 ➢缺点：由于屏蔽区占用了 Sensor的部分面积，因此使得此 种传感器填充因子只能在 20%~70% ➢添加微镜头可以增加填充因子
IEEE 1394 2006 IEEE 1394 2008
800Mbps 3.2Gbps
25
IEEE1394特点
➢ 带宽：400 Mbit/s（1394a），800 Mbit/s（1394b） ➢ 支持热插拔 ➢ 点对点的通讯方式 ➢ 支持DMA，不占CPU ➢ 有保证的带宽，确保万无一失的数据传输 ➢ 可通过1394总线供电
Output (Amplifier)
电子快门和微透镜
➢Overflow Drain主 要用来消除CCD Sensor的Blooming现 象，它也被用来实现 电子快门
➢通过Micro Lenses 可以将传感器的填充 因子提高。
CMOS Sensor
CCD vs CMOS
CCD
CMOS
优 1.图像质量高 2.灵敏度高 3.对比度高
宽x高(mm) 12.8x9.6 8.8x6.6 7.18x5.32 6.4x4.8 4.8x3.6 3.6x2.7
VGA 分辨率 659x494
SVGA 782x582
XGA 1034x779
SXGA
UXGA
1392x1040 1628x1236
工业摄像机芯片分类
按芯片类型划分： • CCD摄像机 • CMOS摄像机
20
USB总线传输方式
➢ 等时(isochronous)传输方式。提供了确定的带宽和间隔时 间，在传送数据发生错误时，USB并不处理这些错误，而是 继续传送新的数据；
➢ 中断(interrupt)传输方式。传输数据量小，以达到实时效 果；
➢ 控制(control)传输方式。双向传输，数据量也比较小； ➢ 批(bulk)传输方式。该方式用来传输要求正确无误的数据；
IEEE1394总线特征
IEEE1394总线特征
➢ 1394总线的“心跳”周期是125 µs (8 kHz)； ➢ 包长：1394总线每125 µs 发送的同步数据包
行曝光和帧曝光
帧曝光
行曝光
彩色摄像机－Bayer彩色相机
彩色摄像机－3Lines相机
彩色摄像机－3CCD相机
工业数字摄像机主要接口类型
➢ Usb2.0 ➢ IEEE 1394 ➢ CameraLink ➢ GigE
18
USB接口
标准 发布日期 传输速率
应用
Usb1.0 Usb1.1
Usb2.0 Highspeed Usb3.0 Superpeed
Serial readout register
Output (Amplifier)
CCD Sensor—帧传输
Light sensitive CCD-sensor
Shielded memory area
➢优点：在曝光时间较长的 情况下，Smear现象比Full Frame Array Sensor小很多 ➢缺点：由于需要两个 Sensor，因此成本非常高
工业摄像机分类
按像素排列方式划分 面阵摄像机
➢ 黑白摄像机 ➢ Bayer彩色相机 ➢ 3CCD彩色相机（分光棱镜）
线阵摄像机
➢ 黑白摄像机 ➢ 3Line彩色摄像机 ➢ 3CCD彩色摄像机（分光棱镜）
工业摄像机靶面尺寸和分辨率
靶面尺寸 1’
2/3’ 1/1.8’ 1/2’ 1/3’ 1/4’
24
IEEE1394－FireWire接口
标准 1394a
1394b 1394c
发布日期
IEEE 1394 1995 IEEE 1394 2000
IEEE 1394 2002
传输速率
特点及应用
400Mbps 主要应用于视频传输领域；
800Mbps
传输距离4.5m，单根线缆最长 可达到17.5m，加中继可达70m， 光纤传输则可达100m 有标准DCAM协议, CPU占用低
1996年 1998年
2000年
1.5Mbps 12Mbps
480Mbps
NO
Usb鼠标、键盘、家用扫描 仪、一些网络摄像机等
80％的带宽用于图像传输， 约38MB
2008.08 4.8Gbps NO
19
USB接口特点
➢USB2.0带宽：480 Mbiபைடு நூலகம்/s ➢支持热插拔 ➢使用便捷 ➢相机可通过USB线缆供电
在这4种数据传输方式中，除等时传输方式外，其他3种方式 在数据传输发生错误时，都会试图重新发送数据以保证其准 确性。
21
USB传输距离
USB2.0，单根5m，加中继可达30m
22
USB接口的局限性 ➢ 没有标准协议 ➢ 主从(Master-salve)结构，CPU占用率高 ➢ 带宽没有保证
23
USB线
1.体积小 2.片上数字化 3.很多片上处理功能 4.低功耗 5.没有Blooming现象 6.直接访问单个像素 7.高动态范围（120dB） 8.帧率可以更高
劣 1.Blooming
1.一致性较差
2.不能直接访问每个像 2.光灵敏度差
素
3.噪声大
3.没有片上处理功能
隔行扫描 和逐行扫描
隔行扫描
逐行扫描
CCD Sensor—全帧转移
➢ 优点：填充因子(fill factor)可以达到非常高， 甚至达到100%。这样 Sensor灵敏度非常大。
➢ 缺点：由于传输和读出 使用的时钟相同，因此 Sensor上面的部分曝光 时间比下面的长，这会 造成Smear现象。为了解 决这个问题，必须使用
机械快门或闪光灯。
机器视觉系统 —工业数字相机篇
1
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
总体概述
点击此处输入 相关文本内容
点击此处输入 相关文本内容
工业摄像机分类
按输出图像信号格式划分 模拟摄像机
➢ PAL（黑白为CCIR） ➢ NTSC（黑白为EIA）
数字摄像机
➢ IEEE1394 ➢ USB2.0 ➢ Camera Link ➢ GigE