机器视觉基本原理

对环境适应性强，另外可加防护装置
精度低，无法量化 主观性，受心理影响，易疲劳
精度高，可到微米级，易量化 客观性，可连续工作
Hale Waihona Puke Baidu
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
计算机或处理器
显 示 器
图像采 集卡
摄像机 及镜头
照明光源
被测物（产品 纸张）
速度 感光范围 环境要求 观测精度
其它
0.1秒的视觉暂留使人眼无法看清较快速运动的 目标
快门时间可达到10微妙左右，高速像机帧率可达到1000 以上，处理器的速度越来越快
400nm-750nm范围的可见光
从紫外到红外的较宽光谱范围，另外有X光等特殊摄像 机
对环境温度、湿度的适应性差，另外有许多场 合对人有损害
光源的光谱分布：
对于色彩检测的应用，应选择与日光接近 的光源，光谱要宽，而且连续。光源照射 在物体上，物体所产生的颜色效果要客观 、真实，既光源的显色性好。其它场合可 使用各种单色光和特殊光源。
色温，单位是开尔文（K）：当光源所 发出的光的颜色与“黑体”在某一温度下
辐射的颜色相同时，“黑体的温度就称为
不能量化
分辨能力较差，但具有可量化的优点
灰度分辨力 差，一般只能分辨64个灰度级
强，目前一般使用256灰度级，采集系统可具有10bit、 12bit、16bit等灰度级
空间分辨力 分辨率较差，不能观看微小的目标
目前有4K×4K的面阵摄像机和8K的线阵摄像机，通过 备置各种光学镜头，可以观测小到微米大到天体的 目标
该光源的色温。“黑体”的温度越高，光
谱中蓝色的成分则越多，而红色的成分则
越少。例如：白炽灯的光色是暖白色，其 色温为2700K左右，而日光色荧光灯的色 温则是6400K左右。白炽灯的色温一般在 2700K左右、日光灯的色温在2700-6400K 左右、钠灯的色温在2000K左右
照度：单位被照面上接收到的光通量称为
简单视功能原理：人眼视网膜里存在着大量
光敏细胞，按其形状可分为杆状和锥状两 种。杆状光敏细胞的灵敏度极高，主要靠 它在低照度时辨别明暗，但它对彩色是不 敏感的；而锥状细胞既可辨别明暗，也可 辨别彩色。白天的视觉过程主要靠锥状细 胞来完成，夜晚视觉则由杆状细胞起作用 。所以在较暗处无法辨别彩色。
三原色学说：该学说认为在视网膜上分
机器视觉系统的目的就是给机器或自动 生产线添加一套视觉系统，其原理是由计 算机或图像处理器以及相关设备来模拟人 的视觉行为，完成得到人的视觉系统所得 到的信息。人的视觉系统是由眼球、神经 系统及大脑的视觉中枢构成，计算机视觉 系统则是由图像采集系统、图像处理系统 及信息综合分析处理系统构成。
图像处理技术 彩色图像转换技术 图像分割技术 模式识别技术 数学形态学方法 专家系统及人工智能技术 视觉神经网络技术 小波分析技术 分形学方法
1.2 机器视觉系统与人的视觉的对比
人类视觉
机器视觉
适应性
适应性强，可在复杂及变化的环境中识别目标 适应性差，容易受复杂背景及环境变化的影响
智能
具有高级智能，可运用逻辑分析及推理能力识 别变化的目标，并能总结规律
虽然可利用人工智能及神经网络技术，但智能很差，不 能很好地识别变化的目标
彩色识别能力 对色彩的分辨能力强，但容易受人的心理影响， 受硬件条件的制约，目前一般的图像采集系统对色彩的
照度。如果每平方米被照面上接收到的光 通量为1（lm），则照度为1(lx)。单位：勒 克斯（lx或Lux）。1勒克斯（lx）相当于每 平方米被照面上光通量为1流明（lm）时的 照度。在高速运动条件下拍摄图像，曝光
时间很短，只有高亮度的光源才能得到足 够亮度的图像。
夏日阳光下 100000Lux 阴天室外 10000Lux 电视台演播室 1000Lux 距60W台灯60cm桌面 300Lux 室内日光灯 100Lux 黄昏室内 10Lux 20cm处烛光 10-15Lux 晴朗的月夜地面照度约0.2 lx
编码器
服务器
控制及报警信号
票面检测计算机
票面图像 采集系统
网络交换机＋显示共享器＋信号分配器
监制章检 测计算机
左侧微缩文字 检测计算机
右侧微缩文字 检测计算机
监制章图像 采集系统
微缩文字 图像采集 系统
微缩文字 图像采集 系统
第2章 照明光源
在我国国家标准GB 5698－85中，颜色定义为 ：“色是光作用于人眼引起除形象以外的视觉特 性”。既：颜色是一种光学现象，是光刺激人眼 的结果，有光才有色。彩色也是一种心理感觉， 它与照明光源的辐射能力分布及观看者的视觉生 理结构有关。人眼可以感知的光谱范围为 380nm-780nm，但人感知一个物体的颜色一般 是指在日光照明的环境下所显示的色彩，对于同 一物体在不同光线的照射下人会感觉到不同的色 彩，可见光源对于正确认知物体的色彩是至关重 要的。
布有三种不同的视锥细胞，分别含有对红 (700nm)、绿(546.1nm)、蓝(435.8nm)三 种光敏感的视色素；当某一定波长的光线作 用于视网膜时，以一定的比例使三种视锥细 胞分别产生不同程度的兴奋，这样的信息传 至中枢，就产生某一种颜色的感觉。
所以，当我们用某光源照明时，若光源只
发出三条人眼最敏感的谱线，即：蓝、绿 、红。这样似乎是达到了人眼对照明的需 求和防止了人眼无法察觉和有害射线对人 眼视力的影响。但我们由前面提到的，物 体只能反射和透射与该物体颜色相同的光 线，因此上面我们假设的光源的显色性一 定是很差的。
机器视觉系统原 理及基础知识
主讲人： 王亚鹏 2005.10
中国大恒（集团）有限公司北京图像视觉技术分公司
1. 机器视觉系统基本原理 2. 照明光源 3. 镜头 4. 工业摄像机 5. 图像采集/处理卡 6. 图像处理系统
第1章 机器视觉系统基本原理
1.1 机器视觉系统的原理 1.2 机器视觉系统与人的视觉的对比 1.3 机器视觉系统的构成
寿命。光源的半衰期要长，且在半衰期内 ，光谱稳定，亮度衰减小。
发热特性。光源的工作温度要低，避免高 温损坏被检测物。