工业相机,镜头,光源讲解(机械手CCD)
机器视觉(相机、镜头、光源 )全面概括
机器视觉（相机、镜头、光源）全面概括分类：机器视觉2013-08-19 10:52 1133人阅读评论(0) 收藏举报机器视觉工业相机光源镜头1.1.1视觉系统原理描述机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。
机器视觉系统是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分CMOS 和CCD 两种）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。
2.1.1视觉系统组成部分视觉系统主要由以下部分组成1.照明光源2.镜头3.工业摄像机4.图像采集/处理卡5.图像处理系统6.其它外部设备2.1.1.1相机篇详细介绍：工业相机又俗称摄像机，相比于传统的民用相机（摄像机）而言，它具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等，目前市面上工业相机大多是基于CCD（ChargeCoupled Device）或CMOS（Complementary Metal OxideSemiconductor）芯片的相机。
CCD是目前机器视觉最为常用的图像传感器。
它集光电转换及电荷存贮、电荷转移、信号读取于一体，是典型的固体成像器件。
CCD的突出特点是以电荷作为信号，而不同于其它器件是以电流或者电压为信号。
这类成像器件通过光电转换形成电荷包，而后在驱动脉冲的作用下转移、放大输出图像信号。
典型的CCD相机由光学镜头、时序及同步信号发生器、垂直驱动器、模拟/数字信号处理电路组成。
CCD作为一种功能器件，与真空管相比，具有无灼伤、无滞后、低电压工作、低功耗等优点。
CMOS图像传感器的开发最早出现在20世纪70 年代初，90 年代初期，随着超大规模集成电路(VLSI) 制造工艺技术的发展，CMOS图像传感器得到迅速发展。
CMOS图像传感器将光敏元阵列、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换电路、图像信号处理器及控制器集成在一块芯片上，还具有局部像素的编程随机访问的优点。
工业相机的原理及选择
工业相机的原理及选择随着工业4.0的到来，机器视觉系统在智能制造领域的应用越来越广泛，相机、镜头是机器视觉的重要组成部分，合适的相机和镜头决定了系统应用的好坏。
因此，选择合适的工业相机与镜头非常重要，本文主要介绍如何选择合适的工业相机和对应的镜头。
小孔成像原理由光源A发出的一束光线通过一个小孔后，在孔后面的屏幕上就会留下一个光斑。
同理光源B也会在屏幕上形成一个光斑，如果A和B离得足够远，它们在屏幕上的光斑也分开比较远，这就得到了物体AB的一个比较清晰的像。
凸透镜成像原理由光源发出的一束光线，经过透镜的折射作用后方向和发散度都出现变化，在像平面上形成一个新的交点，即像点。
工业相机结构和成像过程被摄物通过镜头汇聚光线，使机身内部的感光材料（就是传统的胶片，或者说现在数码时代说的ccd、cmos）感知光线，然后通过相应的光电或者化学反应，让影像清晰的留在感光材料上，并通过光电技术存储在存储卡上。
光线通过镜头后，在机身内有一个五棱镜，光线通过反复折射后，将影像还原成了正的。
如下图所示。
工业相机的选择步骤：步骤一，需要先知道系统精度要求和工业相机分辨率；步骤二，需要知道系统速度要求与工业相机成像速度；步骤三，需要将工业相机与图像采集卡一并考虑，因为这涉及到两者的匹配；步骤四，价格的比较。
选择工业相机应注意什么？1、根据应用的不同来决定是需要选用CCD还是CMOS相机。
CCD工业相机主要应用在运动物体的图像提取，如贴片机，当然随着CMOS技术的发展，许多贴片机也在选用CMOS工业相机。
用在视觉自动检查的方案或行业中一般用CCD工业相机比较多。
CMOS工业相机由成本低，功耗低也应用越来越广泛。
2、分辨率的选择，首先考虑待观察或待测量物体的精度，根据精度选择分辨率。
其次看工业相机的输出，若是体式观察或机器软件分析识别，分辨率高是有帮助的；若是VGA输出或USB输出，在显示器上观察，则还依赖于显示器的分辨率，工业相机的分辨率再高，显示器分辨率不够，也是没有意义的；利用存储卡或拍照功能，工业相机的分辨率高也是有帮助的。
工业相机的基础知识
工业相机的基础知识一、概述工业相机（Industrial Camera）又称机器视觉相机（Machine Vision Camera），是一种特殊用途的相机，主要应用于工业生产过程中的自动化视觉检测和控制领域。
相比于普通的消费级相机，工业相机具有更高的精度、更快的速度和更强的稳定性，可以满足工业领域对于快速、精确、长时间运行的要求。
二、工业相机的构成1.图像传感器（Image Sensor）图像传感器是工业相机最关键的部件之一，它负责将光学成像转化为电信号。
常用的图像传感器包括CCD（Charge-Coupled Device）和CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）两种。
CCD传感器具有高灵敏度、低噪声和高动态范围等优点，适用于对图像质量要求较高的应用；而CMOS传感器具有低功耗、低成本和集成度高等优点，适用于对成本和集成度有要求的应用。
2.图像采集板（Image Capture Board）图像采集板是工业相机与计算机之间的桥梁，它负责将图像传感器采集到的图像数据通过传输介质（如USB、GigE、CameraLink等）传输到计算机上进行处理。
图像采集板通常包含了图像采集芯片、接口和一些额外的硬件模块，以实现图像数据的传输和处理功能。
3.镜头（Lens）镜头是工业相机光学系统中的一个关键组件，它负责将目标物体的光学信息聚焦到图像传感器上。
根据应用需求的不同，可以选择不同类型的镜头，包括定焦镜头、变焦镜头和特殊用途镜头等。
定焦镜头适用于需要固定焦距的应用；变焦镜头可以根据需要调整焦距，适用于视野范围变化较大的应用；特殊用途镜头（如鱼眼镜头、微观镜头等）则适用于特殊的视觉应用。
4.光源（Light Source）光源是工业相机成像的必备条件之一，它提供了待检测物体的照明条件。
常用的光源有白光、红外光、激光等，根据不同的应用需求选择合适的光源类型和亮度。
ccd工业相机工作原理
CCD工业相机的工作原理引言CCD（Charge-Coupled Device，电荷耦合器件）工业相机是一种常用于工业检测和图像采集的设备。
它通过将光线转换为电荷信号，并将其转换为数字图像，实现对物体进行高速、高精度的图像采集。
本文将详细解释CCD工业相机的工作原理，包括光电转换、信号放大与采集、图像处理等关键步骤。
光电转换CCD工业相机的核心部件是CCD芯片，它是一种半导体器件，由大量的光电二极管（photodiode）和电荷耦合器件（charge-coupled device）组成。
当光线照射到CCD芯片上时，光子会激发光电二极管中的电子，形成电荷。
光电二极管是一种PN结构的器件，当光子通过器件时，会将能量转移到其价带中的电子，使电子从价带跃迁到导带，形成电子空穴对。
光电二极管的导电性取决于电子空穴对的数量，而电子空穴对的数量又取决于光子的能量和光电二极管的材料特性。
因此，光电二极管可以将光信号转换为电信号。
信号放大与采集CCD芯片中的电荷耦合器件用于将光电转换产生的电荷信号进行传输和放大。
电荷耦合器件由一系列电荷传输器件（charge transfer device）组成，其中包括垂直传输器件和水平传输器件。
垂直传输器件将光电转换产生的电荷信号从光电二极管传输到水平传输器件中。
水平传输器件将电荷信号在CCD芯片内部逐行传输，最终传输到CCD芯片的输出端。
在传输过程中，电荷信号会经过一系列的电荷放大器进行放大，以增强信号的强度。
放大器可以根据需要进行调节，以适应不同场景下的光照条件和物体特性。
放大后的电荷信号将被转换为电压信号，并通过模数转换器（ADC）转换为数字信号，以便后续的图像处理。
需要注意的是，由于CCD芯片是一种间接转换器，它将光信号转换为电荷信号，再转换为电压信号。
因此，CCD工业相机对光照的响应是非线性的，需要进行校正以获得准确的图像。
图像处理CCD工业相机采集到的数字信号可以通过图像处理算法进行处理，以获得更好的图像质量和更丰富的图像信息。
CCD工业相机类型大观
CCD工业相机类型大观CCD 是60年代末期由贝尔试验室发明。
开始作为一种新型的PC存储电路，很快CCD具有许多其他潜在的应用，包括信号和图像（硅的光敏性）处理。
CCD 是在薄的硅晶片上处理一系列不同的功能，在每一个硅晶片上分布几个相同的IC等可产生功能的元件，被选择的IC从硅晶片上切下包装在载体里用在系统上。
总结下来，CCD 主要有以下几种类型：一、面阵CCD：允许拍摄者在任何快门速度下一次曝光拍摄移动物体。
二、线阵CCD：用一排像素扫描过图片，做三次曝光——分别对应于红、绿、蓝三色滤镜，正如名称所表示的，线性传感器是捕捉一维图像。
初期应用于广告界拍摄静态图像，线性阵列，处理高分辨率的图像时，受局限于非移动的连续光照的物体。
三、三线传感器CCD：在三线传感器中，三排并行的像素分别覆盖RGB滤镜，当捕捉彩色图片时，完整的彩色图片由多排的像素来组合成。
三线CCD传感器多用于高端数码相机，以产生高的分辨率和光谱色阶。
四、交织传输CCD：这种传感器利用单独的阵列摄取图像和电量转化，允许在拍摄下一图像时在读取当前图像。
交织传输CCD通常用于低端数码相机、摄像机和拍摄动画的广播拍摄机。
五、全幅面CCD：此种CCD 具有更多电量处理能力，更好动态范围，低噪音和传输光学分辨率，全幅面CCD 允许即时拍摄全彩图片。
全幅面CCD由并行浮点寄存器、串行浮点寄存器和信号输出放大器组成。
全幅面CCD 曝光是由机械快门或闸门控制去保存图像，并行寄存器用于测光和读取测光值。
图像投摄到作投影幕的并行阵列上。
此元件接收图像信息并把它分成离散的由数目决定量化的元素。
这些信息流就会由并行寄存器流向串行寄存器。
此过程反复执行，直到所有的信息传输完毕。
接着，系统进行精确的图像重组。
数码相机曝光的整个流程：1．机械快门打开，CCD曝光2．在CCD内部光信号转为电信号3．快门关闭，阻塞光线。
4．电量传送到CCD输出口转化为信号。
5．信号被数字化，数字资料输入内存。
工业机器视觉技术的原理与应用
工业机器视觉技术的原理与应用工业机器视觉是指应用计算机视觉技术来实现对工业产品、生产工艺和设备的监测、控制、质量检测和自动化控制等。
它以图像传感器为先导，采用数字图像处理、模式识别、自动控制等技术，通过对图像信息的处理和分析，实现对现场工业环境的现实感知，同时也用于诊断、监测和调试机器故障。
一、工业机器视觉技术的原理工业机器视觉技术主要由光学图像采集系统、图像处理系统、控制计算机和控制器构成。
1.光学图像采集系统光学图像采集系统是工业机器视觉技术的核心部分。
它主要由CCD 相机、光源、镜头和曝光控制器等设备组成。
CCD 相机能够把现场的光信号转换成数字信号，光源目的是为了照亮被检测物体的表面，镜头主要是起到对焦作用，曝光控制器用来控制CCD 相机的曝光时间。
同时，还需要根据被检测物体的不同特性来选择适当的光源和镜头，以达到最佳的图像效果。
2.图像处理系统图像处理系统是对采集到的图像信号进行处理和分析的处理中心，主要包括图像增强、滤波、分割、边缘检测、形态学处理和目标识别等。
图像增强主要用来改善被检测物体的对比度和亮度，滤波则是为消除噪声，分割则是将图像中的目标和背景分离，边缘检测是为了得到目标的轮廓信息，形态学处理用来进行目标结构的填充、腐蚀、膨胀等操作，最后目标识别则是在图像中找出所需的对象，包括形状、大小和颜色等特征。
3. 控制计算机和控制器控制计算机和控制器是用来实现对被检测物体的位置、速度、轮廓、颜色等特征的监测和控制的装置。
在工业机器视觉技术中，最常用的控制器是PLC控制器。
它们在图像处理完成后，将处理结果上传到PLC控制器中，在PLC控制器中进行过滤、处理，使图像处理的结果变成实现控制的信号输出，从而实现自动控制。
二、工业机器视觉技术的应用工业机器视觉技术广泛应用于制造业、半导体、电子、食品、医药、汽车、物流等行业。
其中包括：1. 自动光学缺陷检测工业机器视觉技术可以在生产过程中，实现对产品的缺陷检测，包括开裂、气泡、异物和凹坑等。
机器视觉中用工业镜头与工业相机CCD选型指导手册道
机器视觉中用工业镜头与工业相机CCD选型指导手册道镜头的参数指标光学镜头一般称为摄像镜头或摄影镜头，简称镜头，其功能就是光学成像。
在机器视觉系统中，镜头的主要作用是将成像目标聚焦在图像传感器的光敏面上。
镜头的质量直接影响到机器视觉系统的整体性能;合理选择并安装光学镜头，是机器视觉系统设计的重要环节。
1.镜头的相关参数1焦距焦距是光学镜头的重要参数，通常用 f 来表示。
焦距的大小决定着视场角的大小，焦距数值小，视场角大，所观察的范围也大，但距离远的物体分辨不很清楚;焦距数值大，视场角小，观察范围小，只要焦距选择合适，即便距离很远的物体也可以看得清清楚楚。
由于焦距和视场角是一一对应的，一个确定的焦距就意味着一个确定的视场角，所以在选择镜头焦距时，应该充分考虑是观测细节重要，还是有一个大的观测范围重要，如果要看细节，就选择长焦距镜头;如果看近距离大场面，就选择小焦距的广角镜头。
2光阑系数即光通量，用 F 表示，以镜头焦距 f 和通光孔径 D 的比值来衡量。
每个镜头上都标有最大 F 值，例如6mm/F1.4 代表最大孔径为 4.29 毫米。
光通量与 F 值的平方成反比关系，F 值越小，光通量越大。
镜头上光圈指数序列的标值为 1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，16，22 等，其规律是前一个标值时的曝光量正好是后一个标值对应曝光量的 2 倍。
也就是说镜头的通光孔径分别是 1/1.4，1/2，1/2.8，1/4，1/5.6，1/8，1/11，1/16，1/22，前一数值是后一数值的根号 2 倍，因此光圈指数越小，则通光孔径越大，成像靶面上的照度也就越大。
3景深摄影时向某景物调焦，在该景物的前后形成一个清晰区，这个清晰区称为全景深，简称景深。
决定景深的三个基本因素: 光圈光圈大小与景深成反比，光圈越大，景深越小。
焦距焦距长短与景深成反比，焦距越大，景深越小。
物距物距大小与景深成正比，物距越大，景深越大。
【机器视觉培训】机器视觉系统概论
机器视觉系统概论一、机器视觉系统构成1.机器视觉的概念机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。
机器视觉系统是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分CMOS 和CCD两种）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。
美国制造工程师协会（SME Society of Manufacturing Engineers）机器视觉分会和美国机器人工业协会（RIA Robotic Industries Association）的自动化视觉分会对机器视觉下的定义为：“机器视觉是通过光学的装置和非接触的传感器自动地接收和处理一个真实物体的图像，以获得所需信息或用于控制机器人运动的装置”。
在现代工业自动化生产中，涉及到各种各样的检验、生产监视及零件识别应用，例如零配件批量加工的尺寸检查，自动装配的完整性检查，电子装配线的元件自动定位，IC上的字符识别等。
通常人眼无法连续、稳定地完成这些带有高度重复性和智能性的工作，其它物理量传感器也难有用武之地。
由此人们开始考虑利用光电成像系统采集被控目标的图像，而后经计算机或专用的图像处理模块进行数字化处理，根据图像的像素分布、亮度和颜色等信息，来进行尺寸、形状、颜色等的判别。
这样，就把计算机的快速性、可重复性，与人眼视觉的高度智能化和抽象能力相结合，由此产生了机器视觉的概念。
1机器视觉系统的特点是提高生产的柔性和自动化程度。
在一些不适合于人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合，常用机器视觉来代替人工视觉;同时在大批量工业生产过程中，用于人工视觉检查产品质量的效率低且精度不高，用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度。
而且机器视觉易于实现信息集成，是实现计算机集成制造的基础技术。
正是由于机器视觉系统可以快速获取大量信息，而且易于自动处理，也易于同设计信息以及加工控制信息集成，因此，在现代自动化生产过程中，人们将机器视觉系统广泛地用于工况监视、成品检验和质量控制等领域。
CCD-工业相机镜头的参数与选型
在机器视觉系统中,工业相机镜头通常与光源、相机一起构成一个完整的图像采集系统，因此工业相机镜头的选择受到整个系统要求的制约。
下面成都西旺为您讲解工业相机镜头的参数与选型：一、工业相机镜头主要参数：1.焦距(FocalLength) 焦距是从镜头的中心点到胶平面上所形成的清晰影像之间的距离。
焦距的大小决定着视角的大小，焦距数值小，视角大，所观察的范围也大;焦距数值大，视角小，观察范围小。
根据焦距能否调节，可分为定焦镜头和变焦镜头两大类。
2.光圈(Iris)用F表示，以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。
每个镜头上都标有最大F值，例如8mm/F1.4代表最大孔径为5.7毫米。
F值越小，光圈越大，F值越大，光圈越小。
3.对应最大CCD尺寸(SensorSize) 镜头成像直径可覆盖的最大CCD芯片尺寸。
主要有：1/2″、2/3″、1″和1″以上。
4.接口(Mount)镜头与相机的连接方式。
常用的包括C、CS、F、V、T2、Leica、M42x1、M75x0.75等。
5.景深(Depth ofField,DOF) 景深是指在被摄物体聚焦清楚后，在物体前后一定距离内，其影像仍然清晰的范围。
景深随镜头的光圈值、焦距、拍摄距离而变化。
光圈越大，景深越小;光圈越小、景深越大。
焦距越长，景深越小;焦距越短，景深越大。
距离拍摄体越近时，景深越小;距离拍摄体越远时，景深越大。
6.分辨率(Resolution) 分辨率代表镜头记录物体细节的能力，以每毫米里面能够分辨黑白对线的数量为计量单位：“线对/毫米”(lp/mm)。
分辨率越高的镜头成像越清晰。
7.工作距离(Workingdistance,WD)镜头第一个工作面到被测物体的距离。
8.视野范围(Field ofView,FOV) 相机实际拍到区域的尺寸。
9.光学放大倍数(Magnification,ß)CCD/FOV，即芯片尺寸除以视野范围。
10.数值孔径(Numerical Aperture,NA)数值孔径等于由物体与物镜间媒质的折射率n与物镜孔径角的一半(a\2)的正弦值的乘积，计算公式为N.A=n*sina/2。
工业CCD相机原理知识和参数设定
工业CCD相机的功能及参数设置工业CCD相机的功能及参数设置1、同步方式的选择对单台工业CCD相机而言，主要的同步方式有：内同步、外同步、电源同步及等。
其具体功能如下：内同步：利用相机内置的同步信号发生电路产生的同步信号来完成同步信号控制；外同步：通过外置同步信号发生器将特定的同步信号送入相机的外同步输入端，完成满足对相机的特殊控制需要；电源同步(线性锁定，line lock)：用相机的AC电源完成垂直同步。
对于由多个CCD相机构成的图像采集系统，希望所有的视频输入信号是垂直同步的，以避免变换相机输出时出现的图像失真。
此时，可利用同一个外同步信号发生器产生的同步信号驱动多台相机，以实现多相机的同步图像采集。
2.自动增益控制CCD相机通常具有一个对CCD的信号进行放大的视频放大器，其放大倍数称为增益。
若放大器的增益保持不变，则在高亮度环境下将使视频信号饱合。
利用相机的自动增益控制(AGC)电路可以随着环境内外照度的变化自动的调整放大器的增益，从而可以使相机能够在较大的光照范围内工作。
3.背光补偿通常，CCD相机的AGC工作点是以通过对整个视场的信号的平均值来确定的。
当视场中包含一个很亮的背景区域和一个很暗的前景目标时，所确定的AGC工作点并不完全适合于前景目标。
当启动背景光补偿时，CCD相机仅对前景目标所在的子区域求平均来确定其AGC工作点，从而提高了成像质量。
4.电子快门CCD相机一般都具备电子快门特性，电子快门不需任何机械部件。
CCD相机采用电子快门控制CCD 的累积时间。
当开启电子快门时，CCD相机输出的仅是电子快门开启时的光电荷信号，其余光电荷信号则被泄放。
目前，CCD相机的最短电子快门时间一般为1/10000秒；当电子快门关闭时，对NTSC制式相机，其CCD累积时间为1/60秒；对于PAL制式相机，则为1/50秒。
较高的快门速度对于观察运动图像会产生一个“停顿动作”效应，从而大大地增加了相机的动态分辨率。
工业相机工作原理
工业相机工作原理工业相机是一种专门用于工业检测和图像处理的相机设备，具有高分辨率、高速捕获、高灵敏度和稳定性强等优点。
它广泛应用于品质控制、自动化生产、机器视觉等领域。
下面将对工业相机的工作原理进行详细介绍。
工业相机的主要组成部分包括图像传感器、镜头、控制电路和接口等。
其中，图像传感器是工业相机的核心部件，也是图像的信息源。
首先，光线通过镜头进入相机，然后经过透镜系统聚焦在CMOS传感器的像素阵列上。
每个像素都由光电二极管、信号系统和控制逻辑电路组成。
当光线照射在光电二极管上时，光子会激发出电子。
然后，电子被光电二极管中的势垒收集，形成电荷。
每个像素中的电荷量与光线的强度成正比。
接下来，势垒中的电荷被转移到检查电路中进行读取。
在读取过程中，信号被放大并转换为数字信号。
此时，控制逻辑电路负责对信号进行处理和控制。
最后，转换后的数字信号通过接口传输到图像处理系统或计算机进行后续处理。
与CMOS传感器相比，CCD传感器在工作原理上有所不同。
CCD传感器由一系列光电二极管组成，每个光电二极管都对应着一个像素。
CCD传感器的工作原理如下：当光线照射在光电二极管上时，光子会激发出电子。
然后，电子从光电二极管中收集到并存储在每个像素对应的电荷阱中。
电荷阱保存了光线的亮度和颜色信息。
接下来，通过驱动电路控制电荷在传感器的感兴趣区域间传输。
电荷的传输是通过控制电荷阱下面的潜移面积电极完成的。
传输完成后，电荷被转移到一侧的输出电极上。
最后，转移后的电荷通过输出电极传输到逐行读取电路。
读取电路会将电荷转换为电压，随后信号被放大，然后转换为数字信号，最终通过接口传输到图像处理系统或计算机进行后续处理。
工业相机还具备一定的控制和接口电路。
控制电路负责对图像传感器进行控制和信号处理，比如调整曝光时间、增益等参数。
接口电路则用于与图像处理系统或计算机进行数据通信，常见的接口有USB、GigE、Camera Link等。
总结起来，工业相机的工作原理主要是通过图像传感器将光线转化为电信号，并通过控制和接口电路进行处理和传输。
自动化设计基础讲解-机械手，相机（CCD）9点标定
自动化设计基础讲解-机械手，相机（CCD）9点标定在机器视觉应用中，相机标定技术需要准确的相机内参数和外参数作为重构算法的输入和先决条件，通过标定算法，可以计算相机的投影矩阵。
本文讲解机械手-相机9点标定原理1.目的建立相机坐标系与机械手坐标系的关系，通过标定可以把某一点的相机坐标转换成机械手坐标，从而使视觉和运动相关联。
标定得到结果如下，2.标定外参—平面坐标变换如图（1-1）设源坐标系内一点(x,y)，用矩阵表示变换过程，这里(x,y)用向量形式表示，若旋转角度为θ，那么其中(x’,y’)表示目标坐标系坐标，R为旋转变换矩阵，T为平移变换矩阵，上式也可以写成如下形式，上述是已知坐标变换关系把一个平面内一点从一个坐标系变换到另一个坐标系，这个过程称之为正解。
逆解就是已知目标位置反求坐标关系，即我们要做的标定过程。
由公式（2）坐标变换需要四个参数（cosθ，sinθ，dx，dy），一个点可以列两个方程，那么平面内求逆解至少需要两个点，如下点1、点2在源坐标系的坐标（x1，y1）、（x2，y2），在目标坐标系的坐标为（x1’，y1’）、（x2’，y2’）。
3.标定内参理论上，建立两个平面坐标系之间的关系只需要两个点即可，实际情况相机与成像平面都会有少许倾斜，会导像素的x、y方向所代表的实际物理尺寸不同，这里需要一个补偿参数：纵横比Sx。
内参标定的原理比较复杂，这里只做简单介绍，如图（1-2）为机械手—相机模型，包含三个坐标系，即图像坐标系（u，v）、摄像机坐标系（Xc，Yc，Zc）和机械手坐标系（Xw，Yw，Zw），我们要建立图像坐标系（u，v）与机械手坐标系（Xw，Yw，Zw）的关系。
图像坐标系（u，v）是定义在二维图像上的直角坐标系，以像素为单位，其坐标原点一般定义在图像左上角，如图（1-3）所示，由上图可知像素值（u，v）与坐标（x，y）的关系为其次矩阵形式为式5是在假定相机相元是矩形的情况下得到的，若相机相元有少许倾斜，则要对该式进行修正，需要定义一个比例因子Sx来补偿，用α=tanθ来表示相元的倾斜率，考虑以上则K简称为摄像机标定矩阵，它只与相机内参数有关，定义了相机的一些基本内部参数，表征了相机的几何光学性质。
第1章工业机器视觉基础教程-绪论
第1章工业机器视觉基础教程-绪论工业机器视觉应用基础—HALCON篇第一章绪论1.1工业机器视觉的概念工业机器视觉，是机器视觉在工业领域内的应用，它是在生产过程中，用机器代替人眼来做测量和判断。
由于机器视觉系统可以快速获取大量信息，而且易于自动处理，也易于和其它控制信息的集成，因此，在现代自动化生产过程中，人们将机器视觉系统广泛地用于工况监视、成品检验和质量控制等领域，特别是在一些不适合于人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合。
同时，在大批量工业生产过程中，用人工视觉检查产品质量不仅效率低、稳定性差且精度不高，用机器视觉检测方法可以大大提高生产的自动化程度，并大大提高生产效率，工业机器视觉是实现智能制造的基础技术之一。
1.2工业机器视觉的应用领域1.目标识别目标识别，是利用机器视觉对图像进行处理、分析和理解，以识别各种不同模式的目标和对象。
图像识别工业领域中典型应用有形状识别、颜色识别、纹理识别、条码识别、字符识别等等。
2.表面质量检测应用检测是机器视觉工业领域主要的应用之一。
目前，机器视觉主要应用于产品的表面质量检测，即通过机器视觉的方法，发现产品表面存在的质量缺陷。
1.2工业机器视觉的应用领域3.目标定位目标定位是工业机器视觉领域基本的应用之一，它要求机器视觉系统能够快速准确地找到被测目标并确认其位置，以指导后续的加工与运动控制。
该功能通常与机器手臂配合使用，实现生产线上的自动组装、包装，以及焊接、喷涂等等。
4.测量工业机器视觉中的测量，是通过获得目标的图像后，经过图像处理，计算得到目标的外观尺寸，进而指导后续的生产与加工。
1.3工业机器视觉的基本原理1.3.1工业机器视觉涉及的关键技术1.硬件技术工业机器视觉涉及到硬件包括光源、镜头、相机、图像采集卡、数据传输设备、运动控制模块等设备。
2.图像处理技术图像处理(DigitalImage Processing)是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术，它是机器视觉的核心。
工业相机零部件组成
工业相机零部件组成
工业相机是一种专门用于工业领域的摄像设备，用于在工业生产过程中进行监控、检测和识别。
它的零部件组成通常包括以下几个方面：
1. 图像传感器，工业相机的核心部件之一，用于将光学图像转换成电子信号。
常见的图像传感器包括CMOS和CCD传感器，它们负责捕捉图像并将其转换为数字信号供后续处理。
2. 适配器和镜头，适配器用于连接图像传感器和镜头，而镜头则负责调节光线，使其在图像传感器上形成清晰的影像。
不同的应用场景可能需要不同种类的镜头，如定焦镜头、变焦镜头等。
3. 控制电路板，包括图像处理芯片、接口芯片、存储芯片等，用于控制图像采集、传输和处理。
控制电路板通常还包括接口，如USB、GigE、CameraLink等，用于与计算机或其他设备进行连接。
4. 机械结构，工业相机的外壳和支架等机械部件，用于保护内部零部件并固定相机在需要的位置。
5. 冷却系统（部分高端工业相机），用于降低图像传感器的工
作温度，以提高图像质量和稳定性。
除了上述主要零部件外，工业相机还可能包括滤光片、光源模块、电源模块等其他辅助部件，以满足不同的应用需求。
总的来说，工业相机的零部件组成是一个复杂而精密的系统，各个部件的协同
作用才能保证其在工业生产中的稳定可靠运行。
工业相机种类及特点介绍
工业相机种类及特点介绍
工业相机是专门用于工业领域的相机，用于机器视觉、自动化
生产和质量检测等应用。
根据不同的应用需求，工业相机可以分为
以下几种类型，并且具有各自的特点：
1. 传统CCD相机，传统的工业相机采用CCD（电荷耦合器件）
传感器，具有高分辨率、低噪声和良好的灵敏度，适用于需要高质
量图像的应用，如精密测量和检测。
2. CMOS相机，CMOS（互补金属氧化物半导体）工业相机在近
年来得到了广泛应用，它具有低功耗、高集成度和成本低的优点，
适用于高速运动物体的捕捉和工业自动化生产线上的实时监控。
3. 高速相机，高速工业相机专门用于捕捉高速运动物体的图像，具有快速的帧率和快速的曝光时间，适用于汽车碰撞测试、高速流
水线上的质量检测等领域。
4. 红外相机，红外工业相机可以捕捉红外光谱范围内的图像，
适用于夜视、热成像和特殊材料的检测等特殊应用领域。
5. 3D相机，3D工业相机可以获取物体的三维信息，适用于机器人视觉导航、三维测量和检测等领域。
以上是常见的工业相机种类及其特点，不同类型的工业相机在不同的应用场景下具有各自的优势和局限性，选择合适的工业相机需要根据具体的应用需求进行综合考虑。
CCD以及镜头入门知识
工业相机与镜头
厦门力和行光电技术有限公司
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工业数字相机基本知识 镜头基本知识 光路计算
工业数字相机基本知识
感光器件类型
分为两大类，CCD器件和CMOS器件
CCD 设计 单一感光器,集中统一放大 CMOS 每个感光器连接放大器
灵敏度
成本 解析度 噪点比 功耗比
同样面积下高,感光开口小
线路品质影响程度高，成本高 连接复杂度低，解析度高 单一放大，噪点低 需外加电压，功耗高
CV-S200C
CV-S200M
CV-H500C
CV-H500M 61.2ms 65MHz*2ch 数字串行传输 7.1mm
58.5ms 40MHz 数字序列传输 5.3mm
CCD的选型
1检测精度 检测精度（mm/pixel）=Y方向的视野 /CCD在Y方向上的像素数 执行缺陷检测和尺寸检测时的最小可检测物体 尺寸为4个像素的正方形，尺寸容差为±5个像 素。 2色彩选择 色调变化时选择彩色，亮度变化可选黑白 3根据传输时间选择高速型或标准型 4根据CCD尺寸选择超小型或标准型
灵敏度低
CMOS整合集成，成本低 新技术解析度高 放大器多,特性不同，噪点高 直接放大，功耗低
工业数字相机基本知识
按用途分类
分为机器视觉相机和安防监控相机两大类
机器视觉 触发采集模式 分辨率 程序接口 价格 数据传输接口 含有触发采集接口 从高到低都有，很丰富 有完善的程序开发库，尤其对 图像捕捉功能支持很齐全 贵 各种类型都有，USB，千兆以 太网，CameraLink，1394等等 安防监控 无触发采集接口 一般较低 一般只有连续视频捕捉功能 很便宜 目前以模拟接口为主，数字接口较少
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CCD工业相机镜头的参数与选型
CCD工业相机镜头的参数与选型CCD工业相机是一种专门用于工业应用的相机，它具有高分辨率、高速度和高灵敏度的特点，广泛应用于机器视觉、自动化检测、工业测量等领域。
而镜头作为CCD工业相机的核心部件之一，对于相机的成像效果和应用性能起着至关重要的作用。
在选择CCD工业相机镜头时，需要考虑以下几个关键参数：1.焦距：焦距是指镜头的焦点到成像传感器的距离。
不同焦距的镜头可以实现不同的视场范围和放大倍率。
对于需要长距离拍摄或广角拍摄的应用，可以选择较长焦距或较短焦距的镜头。
2.光圈：光圈是指镜头的最大透光面积，决定了镜头的光线透过量。
较大的光圈可以增加相机的灵敏度，适用于低光环境下的拍摄。
同时，光圈还会影响镜头的景深，较大的光圈可以实现浅景深效果，适用于需要突出主体的拍摄。
3. 分辨率：分辨率是指镜头能够捕捉的最小细节，通常以线对线对分辨力（LP/mm）来表示。
较高的分辨率可以提供更清晰的图像，适用于对细节要求较高的应用。
但是，高分辨率的镜头通常会更昂贵，因此需要根据具体应用需求进行选择。
4.像场尺寸：像场尺寸是指镜头可覆盖的成像传感器的最大尺寸。
不同的相机可能采用不同大小的成像传感器，因此需要确保镜头的像场尺寸与相机的成像传感器兼容。
5.接口类型：镜头的接口类型需要与相机的接口类型相匹配。
常见的接口类型包括C口、CS口和F口等。
其中，C口和CS口是较为常见的工业相机接口类型，C口适用于焦距较长的镜头，而CS口适用于焦距较短的镜头。
6.布局：布局是指镜头的尺寸和形状。
在选择镜头时，需要考虑相机的安装空间和应用环境，选择适合的布局类型，如标准型、紧凑型、微型等。
7.镜头材质：镜头的材质会影响成像质量和镜头的耐用性。
一般来说，高质量的镜头采用优质的光学玻璃材料，具有较低的色散和畸变，可以提供更准确的成像效果。
8.特殊功能：一些高级的CCD工业相机镜头可能还具有特殊功能，如自动对焦、自动光圈控制、防抖等。
这些功能可以提高相机的便利性和拍摄效果，但通常会增加镜头的成本。
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机器视觉（相机、镜头、光源）全面概括1.1.1视觉系统原理描述机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。
机器视觉系统是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分CMOS 和CCD 两种）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。
2.1.1视觉系统组成部分视觉系统主要由以下部分组成1.照明光源2.镜头3.工业摄像机4.图像采集/处理卡5.图像处理系统6.其它外部设备2.1.1.1相机篇详细介绍：工业相机又俗称摄像机，相比于传统的民用相机（摄像机）而言，它具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等，目前市面上工业相机大多是基于CCD（Charge Coupled Device）或CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）芯片的相机。
CCD是目前机器视觉最为常用的图像传感器。
它集光电转换及电荷存贮、电荷转移、信号读取于一体，是典型的固体成像器件。
CCD的突出特点是以电荷作为信号，而不同于其它器件是以电流或者电压为信号。
这类成像器件通过光电转换形成电荷包，而后在驱动脉冲的作用下转移、放大输出图像信号。
典型的CCD相机由光学镜头、时序及同步信号发生器、垂直驱动器、模拟/数字信号处理电路组成。
CCD作为一种功能器件，与真空管相比，具有无灼伤、无滞后、低电压工作、低功耗等优点。
CMOS图像传感器的开发最早出现在20世纪70 年代初，90 年代初期，随着超大规模集成电路(VLSI) 制造工艺技术的发展，CMOS 图像传感器得到迅速发展。
CMOS图像传感器将光敏元阵列、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换电路、图像信号处理器及控制器集成在一块芯片上，还具有局部像素的编程随机访问的优点。
目前，CMOS图像传感器以其良好的集成性、低功耗、高速传输和宽动态范围等特点在高分辨率和高速场合得到了广泛的应用。
、分类：任何东西分类一定有它自己的分类标准，工业相机也不例外，按照芯片类型可以分为CCD 相机、CMOS相机；按照传感器的结构特性可以分为线阵相机、面阵相机；按照扫描方式可以分为隔行扫描相机、逐行扫描相机；按照分辨率大小可以分为普通分辨率相机、高分辨率相机；按照输出信号方式可以分为模拟相机、数字相机；按照输出色彩可以分为单色（黑白）相机、彩色相机；按照输出信号速度可以分为普通速度相机、高速相机；按照响应频率范围可以分为可见光（普通）相机、红外相机、紫外相机等。
区别：1、工业相机的性能稳定可靠易于安装，相机结构紧凑结实不易损坏，连续工作时间长，可在较差的环境下使用，一般的数码相机是做不到这些的。
例如：让民用数码相机一天工作24小时或连续工作几天肯定会受不了的。
2、工业相机的快门时间非常短，可以抓拍高速运动的物体。
例如，把名片贴在电风扇扇叶上，以最大速度旋转，设置合适的快门时间，用工业相机抓拍一张图像，仍能够清晰辨别名片上的字体。
用普通的相机来抓拍，是不可能达到同样效果的。
3、工业相机的图像传感器是逐行扫描的，而普通的相机的图像传感器是隔行扫描的，逐行扫描的图像传感器生产工艺比较复杂，成品率低，出货量少，世界上只有少数公司能够提供这类产品，例如Dalsa、Sony，而且价格昂贵。
4、工业相机的帧率远远高于普通相机。
工业相机每秒可以拍摄十幅到几百幅图片，而普通相机只能拍摄2-3幅图像，相差较大。
5、工业相机输出的是裸数据(raw data)，其光谱范围也往往比较宽，比较适合进行高质量的图像处理算法，例如机器视觉(Machine Vision)应用。
而普通相机拍摄的图片，其光谱范围只适合人眼视觉，并且经过了mjpeg压缩，图像质量较差，不利于分析处理。
6、工业相机(Industrial Camera)相对普通相机(DSC)来说价格较贵。
如何选择：1、根据应用的不同分别选用CCD或CMOS相机CCD工业相机主要应用在运动物体的图像提取，如贴片机机器视觉，当然随着CMOS技术的发展，许多贴片机也在选用CMOS工业相机。
用在视觉自动检查的方案或行业中一般用CCD工业相机比较多。
CMOS工业相机由成本低，功耗低也应用越来越广泛。
2、分辨率的选择首先考虑待观察或待测量物体的精度，根据精度选择分辨率。
相机像素精度=单方向视野范围大小/相机单方向分辨率。
则相机单方向分辨率=单方向视野范围大小/理论精度。
若单视野为5mm长，理论精度为0.02mm，则单方向分辨率=5/0.02=250。
然而为增加系统稳定性，不会只用一个像素单位对应一个测量/观察精度值，一般可以选择倍数4或更高。
这样该相机需求单方向分辨率为1000，选用130万像素已经足够。
其次看工业相机的输出，若是体式观察或机器软件分析识别，分辨率高是有帮助的；若是VGA输出或USB输出，在显示器上观察，则还依赖于显示器的分辨率，工业相机的分辨率再高，显示器分辨率不够，也是没有意义的；利用存储卡或拍照功能，工业相机的分辨率高也是有帮助的。
3、与镜头的匹配传感器芯片尺寸需要小于或等于镜头尺寸，C或CS安装座也要匹配（或者增加转接口）；4、相机帧数选择当被测物体有运动要求时，要选择帧数高的工业相机。
但一般来说分辨率越高，帧数越低。
2.1.1.2镜头篇镜头的基本功能就是实现光束变换（调制），在机器视觉系统中，镜头的主要作用是将成像目标在图像传感器的光敏面上。
镜头的质量直影响到机器视觉系统的整体性能，合理地选择和安装镜头，是机器视觉系统设计的重要环节。
基础知识：镜头匹配大家如何选择合适镜头，镜头选配时需要选择与摄像机接口和CCD的尺寸相匹配的镜头。
镜头C和CS的接口方式占主流。
小型的安防用的CS接口摄像机得到普及、FA行业则大部分是C接口的摄像机与镜头的组合。
对应的CCD尺寸、市场上一般根据用途使用2/3寸到1/3寸的产品。
互换性C接口镜头可以与C接口摄像机、CS接口摄像机互用；CS接口镜头不可以应用在C接口摄像机，只可以应用在CS接口摄像机。
KERARE摄像机如果使用配备小CCD尺寸的镜头，那么周边没有摄取到图像的部分呈现出黑色，我们称其为KERARE。
镜头的作用：将折射率不同的各种硝材通过研磨，加工成高精度的曲面、把这些镜头进行组合，就是设计镜头。
从伽利略时代开始使用的普遍技术是其基本原理。
为得到更清晰的图像，一直在研究开发试制新的硝材和非球面镜片。
焦距焦距是主点到成像面的距离。
这个数值决定了摄影范围的不同。
数值小，成像面距离主点近，是短焦距镜头。
这种情况下的的画角是广角、可拍摄广大的场景。
相反的、主点到成像面的距离远时、是长焦距镜头，画角变窄（望远）。
镜头通光量镜头的明亮度与口径和焦距的变化有关。
一般用F值表示镜头的明亮度，另外镜头里有用于调整亮度的光圈构件，可根据使用条件来调整通光量。
镜头计算公式Y=f*tanθ y：像的大小f：焦距θ：半画角θ=2tan-1*y/2f例：1/2寸摄像机配12.5mm镜头时画面横向的视场面是：θ=2tan-1*6.4/2*12.5=28.72镜头的景深物体和镜头之间距离（W.D）虽然变化，介在前后一定范围内所成像仍然感觉清晰，这个距离范围补称为景深。
相反的，对应于确定的物平面，成像面和镜头之间的距离不同，但在一定的范围内图像仍感觉清晰，称为焦深。
计算方式：景深=F*ε*（1/β）ε容许弥散园参数2/3=0.02、1/2=0.015、1/3=0.01、β倍率。
工业镜头选择不同工业镜头的成像质量有着有着千差万别，就算是同一类型的工业镜头也是如此，这主要是由于材质、加工精度和镜片结构的不同等因素造成的，同时也导致不同档次的工业镜头镜头价格从几百元到几万元的巨大差异。
比较著名的如四片三组式天塞镜头、六片四组式双高斯镜头。
对于镜头设计及生产厂家，一般用光学传递函数OTF (OpticalTransfer Function)来综合评价镜头成像质量，光学系统传递的是亮度沿空间分布的信息，光学系统在传递被摄景物信息时，被传递之各空间频率的正弦波信号，其调制度和位相在成实际像时的变化，均为空间频率的函数，此函数称为光学传递函数。
OTF一般由调制传递函数MTF(Modulation Transfer Function)与位相传递函数PTF(Phase Transfer Function )两部分组成。
像差是影响图像质量的重要方面，常见的像差有如下六种：球差：由主轴上某一物点向光学系统发出的单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，若原光束不同孔径角的各光线，不能交于主轴上的同一位置，以至在主轴上的理想像平面处，形成一弥散光斑(俗称模糊圈)，则此光学系统的成像误差称为球差。
慧差：由位于主轴外的某一轴外物点，向光学系统发出的单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，若在理想像平面处不能结成清晰点，而是结成拖着明亮尾巴的慧星形光斑，则此光学系统的成像误差称为慧差。
像散：由位于主轴外的某一轴外物点，向光学系统发出的斜射单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，不能结成一个清晰像点，而只能结成一弥散光斑，则此光学系统的成像误差称为像散。
场曲：垂直于主轴的平面物体经光学系统所结成的清晰影像，若不在一垂直于主轴的像平面内，而在一以主轴为对称的弯曲表面上，即最佳像面为一曲面，则此光学系统的成像误差称为场曲。
当调焦至画面中央处的影像清晰时，画面四周的影像模糊;而当调焦至画面四周处的影像清晰时，画面中央处的影像又开始模糊。
色差：由白色物体向光学系统发出一束白光，经光学系统折射后，各色光不能会聚于一点上，而形成一彩色像斑，称为色差。
色差产生的原因是同一光学玻璃对不同波长的光线的折射率不同，短波光折射率大，长波光折射率小。
畸变：被摄物平面内的主轴外直线，经光学系统成像后变为曲线，则此光学系统的成像误差称为畸变。
畸变像差只影响影像的几何形状，而不影响影像的清晰度。
这是畸变与球差、慧差、像散、场曲之间的根本区别。
在评价工业镜头质量时一般还会从分辨率、明锐度和景深等几个实用参数判断：1.分辨率(Resolution)：又称鉴别率、解像力，指镜头清晰分辨被摄景物纤维细节的能力，制约工业镜头分辨率的原因是光的衍射现象，即衍射光斑(爱里斑)。
分辨率的单位是“线对/毫米“ (lp/mm)。
2. 明锐度(Acutance)：也称对比度，是指图像中最亮和最暗的部分的对比度。
3.景深(DOF)：在景物空间中，位于调焦物平面前后一定距离内的景物，还能够结成相对清晰的影像。
上述位于调焦物平面前后的能结成相对清晰影像的景物间之纵深距离，也就是能在实际像平面上获得相对清晰影像的景物空间深度范围，称为景深。