工业视觉入门培训.ppt
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远心镜头 包括物方远心镜头和像方远心镜头以及双 边远心镜头。
2、工业镜头——参数之间关系
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 ；
2、工业镜头——参数之间关系
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
3、工业相机——基本概念
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。
第二章 机器视觉中的图像采集技术
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
像素长宽比 指传感器上像素水平和垂直方向节距的比值，对于正方形 的象素来说，其比值为1：1。此参数，对于系统的标定有 直接影响。
快门速度（Shutter Speed） CCD/CMOS相机多数采用电子快门，通过电信号脉冲的 宽度来控制传感器的光积分（曝光）时间。对于一般性能 的的相机快门速度可以达到1/10000-1/100000秒。
低精度测量/ 标准精度测量 高精度测量/
简单检测
/定位
纵深测量
2、工业镜头——基本概念
FOV
工作距离（WD） 视 野 （
） 景深（DOV）
成象面 后焦面距离
2、工业镜头——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。
2、工业镜头——基本概念
成像面
可以在镜头的像面上清晰成像的物方平面
光圈与F值
光圈是一个用来控制镜头通光量装置，它通常是在镜头内。 表达光圈大小我们是用F值，如f1.4，f2，f2.8 etc。
焦距
焦距是像方主面到像方焦点的距离。如16mm， 25mm
2、工业镜头——基本概念
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。
Baidu Nhomakorabea
2、工业镜头——分类
按照等效焦距分为 广角镜头
等效焦距小于标准镜头（等效焦距为50mm）的镜头。 特点是最小工作距离短，景深大，视角大。常常表现为桶 形畸变。 中焦距镜头 焦距介于广角镜头和长焦镜头之间的镜头。通常情况下 畸变校正较好。 长焦距镜头 等效焦距超过200mm的镜头。工作距离长，放大比大， 畸变常常表现为枕形状畸变。 等效焦距计算方法：
最大/最小工作距离（Work Distance）
从物镜到被检测物体的距离的范围，小于最小工作距离大 于最大工作距离系统均不能正确成像。
景深（Depth Of Field）
在某个调焦位置上，景深内的物体都可以清晰成像。
2、工业镜头——基本概念
畸变 几何畸变指的是由于镜头方面的原因导致的图 像范围内不同位置上的放大率存在的差异。 几何畸变主要包括径向畸变和切向畸变。如 枕形或桶形失真。
lp/mm (line pair per mm) lp/mm是表征分辨率的最简单的指标，但不是最佳 指标，最佳的指标是镜头的调制传递函数MTF。
2、工业镜头——基本概念
镜头的调制传递函数MTF
2、工业镜头——基本概念
镜头的调制传递函数MTF
2、工业镜头——基本概念
镜头的调制传递函数MTF
机器视觉
1、工业光源——光源简述
机器视觉系统工作的基本程序： • 取像 =》 分析 =》 结果输出
光源：为确保视觉系统正常取像获得足够光信息而提供照明的装置 光源的目的
• 是将待测区域与背景明显区分开 • 将运动目标“凝固”在图像上 • 增强待测目标边缘清晰度 • 消除阴影 • 抵消噪光 光源是一个视觉应用开始工作的第一步 适合的光源可以提高系统检测精度、运行速度及工作效率
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。
2、工业镜头
CCTV镜头 专业摄影镜头 远心镜头
2、工业镜头——镜头种类
CCTV镜头 专业摄影镜头 远心镜头
价格
低
中
高
分辨率
低
中
高
（20L/MM） （40^80L/MM）
畸变
高
中
低
焦距选择范围 使用灵活性
广泛
25MM/75MM/ 50MM
高
广泛
25MM/75MM/ 50MM
中
狭窄 低
适合应用
3、工业相机——基本概念
分辨率(Resolution) 模拟制式相机的分辨率取决于传感器上像素的数目以及后期 处理电路的质量，数字相机的传分辨率则直接取决与传感器 上像素的数目。
美制 RS – 170 Norm
欧制 CCIR - Norm
640 480 480
760 768 574
3、工业相机——基本概念
实际焦距×43mm 镜头成像圆的直径
2、工业镜头——分类
按照功能分
变焦距镜头 镜头的焦距可以调节，镜头的视角，视野可变
定焦距镜头 镜头的焦距不能调节，镜头视角固定。聚焦
位置和光圈可以调节 定光圈镜头
光圈不能调节，通常情况下聚焦也不能调节。
2、工业镜头——分类
按照用途分
微距镜头（或者成为显微镜头） 用于拍摄较小的目标具有很大的放大比
MTF能够同时表征系统重现物方空间的几何 和灰度细节能力，是衡量成像系统性能的最 佳方式。 对于一个实际的成像系统，细节密集地方的 对比度要小于细节稀疏位置的对比度
成像系统中的每个环节都对系统最终的MTF 产生影像，包括滤色片，镜头，图像传感器， 后期处理电路等等。
2、工业镜头——基本概念 系统的调制传递函数MTF
2、工业镜头——基本概念
镜头接口 C-MOUNT 镜头的标准接口之一，镜头的接口螺纹参数： 直径：1“ 螺距：32牙 CS－Mount是C－Mount的一个变种，区别仅 仅在于镜头定位面到图像传感器光敏面的距离 的不同，C－Mount 是17.5mm，CS－ Mount是12.5mm。 C/CS能够匹配的最大的图像传感器的尺寸不 超过1“。
2、工业镜头——参数之间关系
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 ；
2、工业镜头——参数之间关系
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
3、工业相机——基本概念
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。
第二章 机器视觉中的图像采集技术
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
像素长宽比 指传感器上像素水平和垂直方向节距的比值，对于正方形 的象素来说，其比值为1：1。此参数，对于系统的标定有 直接影响。
快门速度（Shutter Speed） CCD/CMOS相机多数采用电子快门，通过电信号脉冲的 宽度来控制传感器的光积分（曝光）时间。对于一般性能 的的相机快门速度可以达到1/10000-1/100000秒。
低精度测量/ 标准精度测量 高精度测量/
简单检测
/定位
纵深测量
2、工业镜头——基本概念
FOV
工作距离（WD） 视 野 （
） 景深（DOV）
成象面 后焦面距离
2、工业镜头——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。
2、工业镜头——基本概念
成像面
可以在镜头的像面上清晰成像的物方平面
光圈与F值
光圈是一个用来控制镜头通光量装置，它通常是在镜头内。 表达光圈大小我们是用F值，如f1.4，f2，f2.8 etc。
焦距
焦距是像方主面到像方焦点的距离。如16mm， 25mm
2、工业镜头——基本概念
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。
Baidu Nhomakorabea
2、工业镜头——分类
按照等效焦距分为 广角镜头
等效焦距小于标准镜头（等效焦距为50mm）的镜头。 特点是最小工作距离短，景深大，视角大。常常表现为桶 形畸变。 中焦距镜头 焦距介于广角镜头和长焦镜头之间的镜头。通常情况下 畸变校正较好。 长焦距镜头 等效焦距超过200mm的镜头。工作距离长，放大比大， 畸变常常表现为枕形状畸变。 等效焦距计算方法：
最大/最小工作距离（Work Distance）
从物镜到被检测物体的距离的范围，小于最小工作距离大 于最大工作距离系统均不能正确成像。
景深（Depth Of Field）
在某个调焦位置上，景深内的物体都可以清晰成像。
2、工业镜头——基本概念
畸变 几何畸变指的是由于镜头方面的原因导致的图 像范围内不同位置上的放大率存在的差异。 几何畸变主要包括径向畸变和切向畸变。如 枕形或桶形失真。
lp/mm (line pair per mm) lp/mm是表征分辨率的最简单的指标，但不是最佳 指标，最佳的指标是镜头的调制传递函数MTF。
2、工业镜头——基本概念
镜头的调制传递函数MTF
2、工业镜头——基本概念
镜头的调制传递函数MTF
2、工业镜头——基本概念
镜头的调制传递函数MTF
机器视觉
1、工业光源——光源简述
机器视觉系统工作的基本程序： • 取像 =》 分析 =》 结果输出
光源：为确保视觉系统正常取像获得足够光信息而提供照明的装置 光源的目的
• 是将待测区域与背景明显区分开 • 将运动目标“凝固”在图像上 • 增强待测目标边缘清晰度 • 消除阴影 • 抵消噪光 光源是一个视觉应用开始工作的第一步 适合的光源可以提高系统检测精度、运行速度及工作效率
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。
2、工业镜头
CCTV镜头 专业摄影镜头 远心镜头
2、工业镜头——镜头种类
CCTV镜头 专业摄影镜头 远心镜头
价格
低
中
高
分辨率
低
中
高
（20L/MM） （40^80L/MM）
畸变
高
中
低
焦距选择范围 使用灵活性
广泛
25MM/75MM/ 50MM
高
广泛
25MM/75MM/ 50MM
中
狭窄 低
适合应用
3、工业相机——基本概念
分辨率(Resolution) 模拟制式相机的分辨率取决于传感器上像素的数目以及后期 处理电路的质量，数字相机的传分辨率则直接取决与传感器 上像素的数目。
美制 RS – 170 Norm
欧制 CCIR - Norm
640 480 480
760 768 574
3、工业相机——基本概念
实际焦距×43mm 镜头成像圆的直径
2、工业镜头——分类
按照功能分
变焦距镜头 镜头的焦距可以调节，镜头的视角，视野可变
定焦距镜头 镜头的焦距不能调节，镜头视角固定。聚焦
位置和光圈可以调节 定光圈镜头
光圈不能调节，通常情况下聚焦也不能调节。
2、工业镜头——分类
按照用途分
微距镜头（或者成为显微镜头） 用于拍摄较小的目标具有很大的放大比
MTF能够同时表征系统重现物方空间的几何 和灰度细节能力，是衡量成像系统性能的最 佳方式。 对于一个实际的成像系统，细节密集地方的 对比度要小于细节稀疏位置的对比度
成像系统中的每个环节都对系统最终的MTF 产生影像，包括滤色片，镜头，图像传感器， 后期处理电路等等。
2、工业镜头——基本概念 系统的调制传递函数MTF
2、工业镜头——基本概念
镜头接口 C-MOUNT 镜头的标准接口之一，镜头的接口螺纹参数： 直径：1“ 螺距：32牙 CS－Mount是C－Mount的一个变种，区别仅 仅在于镜头定位面到图像传感器光敏面的距离 的不同，C－Mount 是17.5mm，CS－ Mount是12.5mm。 C/CS能够匹配的最大的图像传感器的尺寸不 超过1“。