机器视觉系统基本构成和各部件基本原理
合集下载
相关主题
- 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)。
பைடு நூலகம்
wwww
机器视觉原理简介
四、采集卡（完成信号的采集与格式转换） 分类：模拟(标准和非标准）/数字、单通道/多通道
主要指标：采集频率（速度）、接口、Buffer大小、
预处理功能、支持相机的种类、控制功能、I/O点数
代理公司：Dalsa、COGNEX、EURESYS
机器视觉原理简介
Euresys Picolo pro2
wwww
机器视觉系统设计过程
1、需求了解/分析/确认；（前期多沟通很重要） 2、样品准备/测试；（需要客户密切配合） 3、系统软/硬件选型；（保证性价比最好） 4、系统开发设计；（严格按项目管理方法进行） 5、现场试运行/大量测试；（必不可少，需要配合） 6、系统的局部修改和完善；（往往耗时较多）
二、镜头（低通滤波器，完成信号传递） 接口形式：C-Mount/CS-Mount/F-Mount/Others 镜头类型：标准、远心、广角、zoom(变焦放 大）、远摄/近摄等 选择依据：相机接口/物距/拍摄范围/CCD尺寸/ 畸变的允许范围/放大率/焦距/变焦范围/光圈等
接口
主要有螺口和卡口两种 螺口：0.75（M42/M58/M72等）、C/CS(32thread/inch) 卡口：F口(Nikon)、Cannon、Petax等
Moving object
彩色相机
G R G R G R B G B G B G G R G R G R B G B G B G G R G R G R Bul b Bur Rul Rll Ru r Rl Rr r Rur Rlr Gle
g=1/4(Gu+Gr+Gl+Gle) b=1/4(Bur+Bul+Bll+Blr) r=1/4(Rur+Rul+Rll+Rlr)
Interlace
wwww
Xsg1 Xsg2 Odd Even Photo diode (pixel)
Xsub Xsg1
Shutter
Vertical ccd register
Photo diode (pixel)
Video out Horizontal ccd register
Progressiv e
Bll
Bu b Bl Bl
Blr
Gu g Gl
Gr
b=1/2(Bu+Bl )
r=1/2(Ru+Rl )
b
Br
r
Rl
Bayer Filter CV-M77
b=1/2(Br+Bl)
r=1/2(Rr+Rl)
True 3CCD TR-33
wwww
数字/模拟
JAI CV-A1 JAI CV-A33
JAI CV-M77
wwww
远心镜头
在测量系统中，物距常发生变化，从而使像高发生变化， 所以测得的物体尺寸也发生变化，即产生了测量误差；
即使物距是固定的，也会因为CCD敏感表面不易精确调 整在像平面上，同样也会产生测量误差。 采用远心物镜中的像方远心物镜可以消除物距变化带来 的测量误差，而物方远心物镜则可以消除CCD位置不准带
wwww
机器视觉原理简介
系统评估及选型：精度 速度 可靠性 精度：为什么要达到这么高的精度？高精度意味着高代价。系统
的误差分配，系统精度、机台精度、控制传感精度，视觉部分的精 度（分辨率、图像质量、安装精度、镜头、标定方法、算法、环境 等） 速度：总指标、控制部分、动作的配合及协调、通信速度、采集速 度（硬件）、处理速度（计算机硬件、软件算法、图像质量等） 可靠性：硬件的可靠性、软件算法的可靠性及稳定性、系统设计的 可靠性等
4.4 mm
wwww
外触发
Edge Pre Select (EPS)
Trigger Exposure (fixed) Video read out
自触发信号下降沿开始曝光 曝光时间为事先设定的常数 自触发信号下降沿开始曝光
Pulse Width Control (PWC)
Trigger Exposure Video read out
wwww
机器视觉原理简介
Bining partial scan rolling shutter Global shutter interline/frame transfer/full frame 隔行/逐行监示器 外触发 串口通信 时序 不同的工作模式
wwww
隔行/逐行
Xsub Shutter Vertical ccd register Horizontal ccd register
Dalsa X64CL
Dalsa PC2vision
Euresys Grablink
wwww
机器视觉原理简介
相机配置文件（开放式的、非开放式的cognex） 附加功能：LUT、DMA、Buffer、 Pixel Resequenc Trigger-to-image Reliability等 选择原则：接口（相机）、速度、可靠性等满足要 求、软件平台、性价比等
wwww
机器视觉原理简介
RS-422/LVDS
高速，可靠性高，传输距离远，支持多相机连接。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。
种类：LED、萤光灯、卤素灯（光纤光源)、特殊光源
Garbage In, Garbage Out
特点：LED寿命长/可以有各种颜色/便于做成各种复杂 形状/光均匀稳定/可以闪光； 萤光灯光场均匀/价格便宜/亮度较LED高； 卤素灯亮度特别高/通过光纤传输后可做成
wwww
光源选择的注意事项
影响因素：
来的测量误差。
wwww
Standard Lens Telecentric lens
wwww
远心镜头
wwww
机器视觉原理简介
三、相机（光电转换器，完成信号转换）
C C D
A/D
种类：线&面、隔/逐、黑/彩、数/模、低/高、CCD/CMOS
指标：象元尺寸、分辨率、靶面大小、感应曲线、动态范围、灵 敏度、速度、噪声、填充因子、体积、质量、工作环境等
机器视觉系统基本构成和各部 件基本原理
北京凌云光视数字图像技术有限公司 蔡锐
wwww
机器视觉（Machine Vision)
机 器 （Machine)
+
视 觉 （Vision)
机械
运动
控制
视(硬件)
觉(软件)
机器视觉是一个系统的概念，运 用现代先进的控制技术、计算机 技术及传感技术，表现为光机电 的结合。 凌云公司的口号： “致力于为机器植入眼睛和大 脑！”
一、Gauge(Measurement)
wwww
机器视觉应用简介
二、Inspection(应用范围最广）
wwww
机器视觉应用简介
三、Guide
wwww
机器视觉应用简介
四、Identification
wwww
机器视觉原理简介
系统构成：
wwww
机器视觉原理简介
一、光源（光源是基准，打光是艺术）
Gigabit Ethernet
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。
wwww
机器视觉原理简介
五、图像处理卡（完成图像处理的各种运算） 种类：DSP、FPGA、PowerPC
机器视觉原理简介
六、图像处理软件（机器视觉的核心） 平台：VisionPro、Sapera、 Wit、
wwww
DALSA 1M75
CCD Format
1” format Sony: Diagonal: Type 1 16 mm
2/3” format
Type 2/3 11 mm
1/2” format
Type 1/2 8 mm
1/3” format
Type 1/3 6 mm
Image size
12.8 mm 8.8 mm 6.4 mm
工作模式：Free run、Trigger（多种）、长时间曝光等 代理公司：DALSA、JAI&PULNIX、C-CAM、IMPERX、 Syntech等
线扫描系统
Encoder
Sensor
Page trigger
Line trigger
wwww
工业面阵相机系统
Trigger
Proximity sensor
7、系统验收；
8、人员培训与系统维护；
wwww
谢谢大家！
wwww
eVision
wwww
机器视觉原理简介
选择及评估图像软件： 选择：性价比、易维护性、现在条件约束、 OEM商的长远发展； 评估：速度、精度、可靠性（光照、旋转、 遮盖、图像质量差、重复测量误差等）
wwww
机器视觉原理简介
机器视觉系统的分类： Smart Camera;
PC-Based;
Embeded；
相机的光谱响应特性、LED器件（颜色、发光角、 亮 度、寿命等）、形状、打光方式（dark field, bright field, low angle, structure light)、辅助手段（偏光片、 滤光片、漫射片等）
选择原则：
满足应用、综合考虑； 理论分析+实验；
wwww
机器视觉原理简介
曝光时间由触发信号脉宽控制
Frame Delay Readout (FDR)
Trigger Exposure (fixed) Delay Video read out
自触发信号下降沿开始曝光 曝光时间为事先设定的常数
延迟输出至下一触发信号的下降沿
wwww
Moving object
多相机同时工作
外同步
外同步信号输入
各相机用自己的时钟来运行
Camera 1 Camera 2 Camera 3
所有相机都使用同一个时钟源
Camera 1 Camera 2 Camera 3
如果目标运动，则会出现图像位置不一 致现象,在1个H内
所有图像位置都非常一致
wwww
选型时主要考虑因素 分辨率 速度 灵敏度 体积/重量 接口 …
wwww
包括光源、镜头、相机、 图像采集卡等。
为什么要采用机器视觉
节省时间 降低生产成本 优化物流过程
缩短机器停工期
提高生产率和产品质量 减轻测试及检测人员劳动强度 减少不合格产品的数量 提高机器利用率
wwww
机器视觉应用简介
GIGI(Gauge、Inspection、Guide、Identification)
wwww
机器视觉原理简介
四、采集卡（完成信号的采集与格式转换） 分类：模拟(标准和非标准）/数字、单通道/多通道
主要指标：采集频率（速度）、接口、Buffer大小、
预处理功能、支持相机的种类、控制功能、I/O点数
代理公司：Dalsa、COGNEX、EURESYS
机器视觉原理简介
Euresys Picolo pro2
wwww
机器视觉系统设计过程
1、需求了解/分析/确认；（前期多沟通很重要） 2、样品准备/测试；（需要客户密切配合） 3、系统软/硬件选型；（保证性价比最好） 4、系统开发设计；（严格按项目管理方法进行） 5、现场试运行/大量测试；（必不可少，需要配合） 6、系统的局部修改和完善；（往往耗时较多）
二、镜头（低通滤波器，完成信号传递） 接口形式：C-Mount/CS-Mount/F-Mount/Others 镜头类型：标准、远心、广角、zoom(变焦放 大）、远摄/近摄等 选择依据：相机接口/物距/拍摄范围/CCD尺寸/ 畸变的允许范围/放大率/焦距/变焦范围/光圈等
接口
主要有螺口和卡口两种 螺口：0.75（M42/M58/M72等）、C/CS(32thread/inch) 卡口：F口(Nikon)、Cannon、Petax等
Moving object
彩色相机
G R G R G R B G B G B G G R G R G R B G B G B G G R G R G R Bul b Bur Rul Rll Ru r Rl Rr r Rur Rlr Gle
g=1/4(Gu+Gr+Gl+Gle) b=1/4(Bur+Bul+Bll+Blr) r=1/4(Rur+Rul+Rll+Rlr)
Interlace
wwww
Xsg1 Xsg2 Odd Even Photo diode (pixel)
Xsub Xsg1
Shutter
Vertical ccd register
Photo diode (pixel)
Video out Horizontal ccd register
Progressiv e
Bll
Bu b Bl Bl
Blr
Gu g Gl
Gr
b=1/2(Bu+Bl )
r=1/2(Ru+Rl )
b
Br
r
Rl
Bayer Filter CV-M77
b=1/2(Br+Bl)
r=1/2(Rr+Rl)
True 3CCD TR-33
wwww
数字/模拟
JAI CV-A1 JAI CV-A33
JAI CV-M77
wwww
远心镜头
在测量系统中，物距常发生变化，从而使像高发生变化， 所以测得的物体尺寸也发生变化，即产生了测量误差；
即使物距是固定的，也会因为CCD敏感表面不易精确调 整在像平面上，同样也会产生测量误差。 采用远心物镜中的像方远心物镜可以消除物距变化带来 的测量误差，而物方远心物镜则可以消除CCD位置不准带
wwww
机器视觉原理简介
系统评估及选型：精度 速度 可靠性 精度：为什么要达到这么高的精度？高精度意味着高代价。系统
的误差分配，系统精度、机台精度、控制传感精度，视觉部分的精 度（分辨率、图像质量、安装精度、镜头、标定方法、算法、环境 等） 速度：总指标、控制部分、动作的配合及协调、通信速度、采集速 度（硬件）、处理速度（计算机硬件、软件算法、图像质量等） 可靠性：硬件的可靠性、软件算法的可靠性及稳定性、系统设计的 可靠性等
4.4 mm
wwww
外触发
Edge Pre Select (EPS)
Trigger Exposure (fixed) Video read out
自触发信号下降沿开始曝光 曝光时间为事先设定的常数 自触发信号下降沿开始曝光
Pulse Width Control (PWC)
Trigger Exposure Video read out
wwww
机器视觉原理简介
Bining partial scan rolling shutter Global shutter interline/frame transfer/full frame 隔行/逐行监示器 外触发 串口通信 时序 不同的工作模式
wwww
隔行/逐行
Xsub Shutter Vertical ccd register Horizontal ccd register
Dalsa X64CL
Dalsa PC2vision
Euresys Grablink
wwww
机器视觉原理简介
相机配置文件（开放式的、非开放式的cognex） 附加功能：LUT、DMA、Buffer、 Pixel Resequenc Trigger-to-image Reliability等 选择原则：接口（相机）、速度、可靠性等满足要 求、软件平台、性价比等
wwww
机器视觉原理简介
RS-422/LVDS
高速，可靠性高，传输距离远，支持多相机连接。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。
种类：LED、萤光灯、卤素灯（光纤光源)、特殊光源
Garbage In, Garbage Out
特点：LED寿命长/可以有各种颜色/便于做成各种复杂 形状/光均匀稳定/可以闪光； 萤光灯光场均匀/价格便宜/亮度较LED高； 卤素灯亮度特别高/通过光纤传输后可做成
wwww
光源选择的注意事项
影响因素：
来的测量误差。
wwww
Standard Lens Telecentric lens
wwww
远心镜头
wwww
机器视觉原理简介
三、相机（光电转换器，完成信号转换）
C C D
A/D
种类：线&面、隔/逐、黑/彩、数/模、低/高、CCD/CMOS
指标：象元尺寸、分辨率、靶面大小、感应曲线、动态范围、灵 敏度、速度、噪声、填充因子、体积、质量、工作环境等
机器视觉系统基本构成和各部 件基本原理
北京凌云光视数字图像技术有限公司 蔡锐
wwww
机器视觉（Machine Vision)
机 器 （Machine)
+
视 觉 （Vision)
机械
运动
控制
视(硬件)
觉(软件)
机器视觉是一个系统的概念，运 用现代先进的控制技术、计算机 技术及传感技术，表现为光机电 的结合。 凌云公司的口号： “致力于为机器植入眼睛和大 脑！”
一、Gauge(Measurement)
wwww
机器视觉应用简介
二、Inspection(应用范围最广）
wwww
机器视觉应用简介
三、Guide
wwww
机器视觉应用简介
四、Identification
wwww
机器视觉原理简介
系统构成：
wwww
机器视觉原理简介
一、光源（光源是基准，打光是艺术）
Gigabit Ethernet
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。
wwww
机器视觉原理简介
五、图像处理卡（完成图像处理的各种运算） 种类：DSP、FPGA、PowerPC
机器视觉原理简介
六、图像处理软件（机器视觉的核心） 平台：VisionPro、Sapera、 Wit、
wwww
DALSA 1M75
CCD Format
1” format Sony: Diagonal: Type 1 16 mm
2/3” format
Type 2/3 11 mm
1/2” format
Type 1/2 8 mm
1/3” format
Type 1/3 6 mm
Image size
12.8 mm 8.8 mm 6.4 mm
工作模式：Free run、Trigger（多种）、长时间曝光等 代理公司：DALSA、JAI&PULNIX、C-CAM、IMPERX、 Syntech等
线扫描系统
Encoder
Sensor
Page trigger
Line trigger
wwww
工业面阵相机系统
Trigger
Proximity sensor
7、系统验收；
8、人员培训与系统维护；
wwww
谢谢大家！
wwww
eVision
wwww
机器视觉原理简介
选择及评估图像软件： 选择：性价比、易维护性、现在条件约束、 OEM商的长远发展； 评估：速度、精度、可靠性（光照、旋转、 遮盖、图像质量差、重复测量误差等）
wwww
机器视觉原理简介
机器视觉系统的分类： Smart Camera;
PC-Based;
Embeded；
相机的光谱响应特性、LED器件（颜色、发光角、 亮 度、寿命等）、形状、打光方式（dark field, bright field, low angle, structure light)、辅助手段（偏光片、 滤光片、漫射片等）
选择原则：
满足应用、综合考虑； 理论分析+实验；
wwww
机器视觉原理简介
曝光时间由触发信号脉宽控制
Frame Delay Readout (FDR)
Trigger Exposure (fixed) Delay Video read out
自触发信号下降沿开始曝光 曝光时间为事先设定的常数
延迟输出至下一触发信号的下降沿
wwww
Moving object
多相机同时工作
外同步
外同步信号输入
各相机用自己的时钟来运行
Camera 1 Camera 2 Camera 3
所有相机都使用同一个时钟源
Camera 1 Camera 2 Camera 3
如果目标运动，则会出现图像位置不一 致现象,在1个H内
所有图像位置都非常一致
wwww
选型时主要考虑因素 分辨率 速度 灵敏度 体积/重量 接口 …
wwww
包括光源、镜头、相机、 图像采集卡等。
为什么要采用机器视觉
节省时间 降低生产成本 优化物流过程
缩短机器停工期
提高生产率和产品质量 减轻测试及检测人员劳动强度 减少不合格产品的数量 提高机器利用率
wwww
机器视觉应用简介
GIGI(Gauge、Inspection、Guide、Identification)