机器视觉三维测量技术
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Institute of Opto-mechatronics Engineering, Hefei University of Technology, Hefei, Anhui, 230009, China
机器视觉在精密测量中的应用
光源
图像传感器
照明
成像
被测场景
三维
三维形貌 尺寸 坐标 方位
表面
表面轮廓 粗糙度 缺陷 纹理
眼睛的光学模型
像平面
f
透镜
物体
Image plane
lens
object
Institute of Opto-mechatronics Engineering, Hefei University of Technology, Hefei, Anhui, 230009, China
内部
内部结构 应力 变形 缺陷
Institute of Opto-mechatronics Engineering, Hefei University of Technology, Hefei, Anhui, 230009, China
二、摄像机的建模
1. 影射几何与坐标变换 2. 摄像机建模 3. 镜头畸变 4. 摄像机内部参数的修正 5. 摄像机的精确模型 6. 摄像机的简化模型
机器视觉三维测量技术
3D Machine Vision Measurement Techniques
卢荣胜
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院 光机电工程研究所
Tel: 0551-2901780, 2905872 Email: rslu@hfut.edu.cn
Institute of Opto-mechatronics Engineering, Hefei University of Technology, Hefei, Anhui, 230009, China
6. 橡胶/塑料制品：保特瓶口尺寸检测、制品颜色分类检测 7. 食品加工/包装业：瓶内液位高度、异物或灰尘检测、包装印刷辨识、
打印字形及零件编号检测与识别 8. 纺织皮革工业：表面针织纹路检测、色差检测、皮革表面特性检测 9. 汽车工业：陶轴裁切定位、零件涂黄油检测、白车身检验 10. 家电/办公：产品外壳印刷检测、1维/2维条形码辨识 11. 保全/监视系统：人像特征辨识、指纹辨识等
Ra,b;c,d ac ad
bc bd
y
不变量: Cross ratio
Institute of Opto-mechatronics Engineering, Hefei University of Technology, Hefei, Anhui, 230009, China
齐次矩阵
x y z XY f
机器视觉技术的概念
采用光学成像技术（通常使用摄像机）获取被测目标的图像，再 经过快速图像处理与图形识别算法，从摄取图像中获取目标的尺寸、 位置、方向、光谱特征、结构以及缺陷等信息，从而可以执行产品检 验、分类与分组，装配线上的机械手运动引导、零部件的识别与定位， 生产过程中质量监控与过程控制反馈等等任务。
Institute of Opto-mechatronics Engineering, Hefei University of Technology, Hefei, Anhui, 230009, China
欧式几何与影射几何的概念
z
不变量: Distance and angle
x
y
x
a c b
d
z
y
r21
r22
r23
t
y
yw
z r31 r32 r33 tz zw
1 0 0 0 1 1
Institute of Opto-mechatronics Engineering, Hefei University of Technology, Hefei, Anhui, 230009, China
坐标变换
z
y
x
x r11 r12 r13 xw tx
ห้องสมุดไป่ตู้
y
r21
r22
r23
yw
t
y
z r31 r32 r33 zw tz
zw yw
xw
x r11 r12 r13 tx xw
X Y
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00 xzy
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0001xzy
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传感器
传感单元
光学镜组
光源
测量
检测
识别
引导
控制单元
Institute of Opto-mechatronics Engineering, Hefei University of Technology, Hefei, Anhui, 230009, China
信号处理单元
应用领域举例
1. IC及一般电子业：PCB、BGA、LCD屏幕、被动组件形状脚位及定 位、生产插件、晶元(Wafer)镜面研磨、生产组装、被动组件辨识
大纲
1. 机器视觉的概念 2. 摄像机模型 3. 三维视觉传感器的类型 4. 多视觉传感器测量系统的组成 5. 摄像机与视觉传感器的标定 6. 测量系统的全局标定 7. 应用举例
Institute of Opto-mechatronics Engineering, Hefei University of Technology, Hefei, Anhui, 230009, China
2. MEMS 组件：微小器件的尺寸、形貌、表面缺陷的检测，组件动态 特性的测量等。
3. 机械工具/自动化机械：零件尺寸、外形、瑕疵检测、零件分类比对、 装配定位、加工定位、熔焊检测
4. 电机工业：控制器红外线热像仪检测、电线瑕疵、裂缝检测、缆线 配置检测
5. 金属钢铁业：钢板尺寸检测、表面瑕疵检测、铸件瑕疵检测、材料 金像检测
机器视觉在精密测量中的应用
光源
图像传感器
照明
成像
被测场景
三维
三维形貌 尺寸 坐标 方位
表面
表面轮廓 粗糙度 缺陷 纹理
眼睛的光学模型
像平面
f
透镜
物体
Image plane
lens
object
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内部
内部结构 应力 变形 缺陷
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二、摄像机的建模
1. 影射几何与坐标变换 2. 摄像机建模 3. 镜头畸变 4. 摄像机内部参数的修正 5. 摄像机的精确模型 6. 摄像机的简化模型
机器视觉三维测量技术
3D Machine Vision Measurement Techniques
卢荣胜
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院 光机电工程研究所
Tel: 0551-2901780, 2905872 Email: rslu@hfut.edu.cn
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6. 橡胶/塑料制品：保特瓶口尺寸检测、制品颜色分类检测 7. 食品加工/包装业：瓶内液位高度、异物或灰尘检测、包装印刷辨识、
打印字形及零件编号检测与识别 8. 纺织皮革工业：表面针织纹路检测、色差检测、皮革表面特性检测 9. 汽车工业：陶轴裁切定位、零件涂黄油检测、白车身检验 10. 家电/办公：产品外壳印刷检测、1维/2维条形码辨识 11. 保全/监视系统：人像特征辨识、指纹辨识等
Ra,b;c,d ac ad
bc bd
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不变量: Cross ratio
Institute of Opto-mechatronics Engineering, Hefei University of Technology, Hefei, Anhui, 230009, China
齐次矩阵
x y z XY f
机器视觉技术的概念
采用光学成像技术（通常使用摄像机）获取被测目标的图像，再 经过快速图像处理与图形识别算法，从摄取图像中获取目标的尺寸、 位置、方向、光谱特征、结构以及缺陷等信息，从而可以执行产品检 验、分类与分组，装配线上的机械手运动引导、零部件的识别与定位， 生产过程中质量监控与过程控制反馈等等任务。
Institute of Opto-mechatronics Engineering, Hefei University of Technology, Hefei, Anhui, 230009, China
欧式几何与影射几何的概念
z
不变量: Distance and angle
x
y
x
a c b
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坐标变换
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x r11 r12 r13 xw tx
ห้องสมุดไป่ตู้
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传感器
传感单元
光学镜组
光源
测量
检测
识别
引导
控制单元
Institute of Opto-mechatronics Engineering, Hefei University of Technology, Hefei, Anhui, 230009, China
信号处理单元
应用领域举例
1. IC及一般电子业：PCB、BGA、LCD屏幕、被动组件形状脚位及定 位、生产插件、晶元(Wafer)镜面研磨、生产组装、被动组件辨识
大纲
1. 机器视觉的概念 2. 摄像机模型 3. 三维视觉传感器的类型 4. 多视觉传感器测量系统的组成 5. 摄像机与视觉传感器的标定 6. 测量系统的全局标定 7. 应用举例
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2. MEMS 组件：微小器件的尺寸、形貌、表面缺陷的检测，组件动态 特性的测量等。
3. 机械工具/自动化机械：零件尺寸、外形、瑕疵检测、零件分类比对、 装配定位、加工定位、熔焊检测
4. 电机工业：控制器红外线热像仪检测、电线瑕疵、裂缝检测、缆线 配置检测
5. 金属钢铁业：钢板尺寸检测、表面瑕疵检测、铸件瑕疵检测、材料 金像检测