16 2 机器视觉测量系统介绍
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)。
Xi’an Jiaotong University
不同光源与照明技术效果举例
高角度亮场与低角度暗场
光照强、较均匀
光滑表面的文字、伤 痕等纹理检测
Xi’an Jiaotong University
不同光源与照明技术效果举例
从边上的黑场照明
最适合凹凸不平表面及表面缺陷，缺点 是阴影太大。
Xi’an Jiaotong University
控制中枢、图像处理
Xi’an Jiaotong University
照明
光源 照明技术 不同光源与照明技术效果举例
Xi’an Jiaotong University
光源
方向
直射光：入射光基本 上来自一个方向，入 射角小，被照射物体 有阴影； 散射光：入射光来自 多个方向，不会投射 出明显阴影。
不同光源与照明技术效果举例
紫外线照明
Xi’an Jiaotong University
不同光源与照明技术效果举例
偏振光照明
Xi’an Jiaotong University
不同光源与照明技术效果举例Fra Baidu bibliotek
偏振光照明
图②镜子上灰尘指印，掠射；图③镜子上油脂指 印，暗视场；图④光盘上油脂指印，暗视场
Xi’an Jiaotong University
照明技术
正向照明
镜面：光线直接反射进入镜头； 离轴照明：光源在镜头轴线侧面、避开了镜面反射； 半漫射照明：光照较均匀，如环形光； 漫射照明：光线来自所有方向，镜面反射最少； 黑场：光线与镜头视线方向垂直。
背光照明
漫射式：光源+平板，背面照射； 凝聚式：使用镜头将光线集中于一个方向； 黑场：适用于检测透明物体中的裂痕、气泡等。
不同光源与照明技术效果举例
用明视野和暗视野照明对比
Xi’an Jiaotong University
不同光源与照明技术效果举例
用碗状照明消除晕眩光
Xi’an Jiaotong University
不同光源与照明技术效果举例
用透射光检查物体的有无
Xi’an Jiaotong University
Xi’an Jiaotong University
选择镜头的关键参数
物镜的焦距f
f决定了物体在成像面成像的大小，焦距越长，成像越大； f可以短到几毫米，长达数十米； 变焦距镜头可以通过调节焦距获得不同的放大倍数。
相对孔径F=D/f（光圈）
D是镜头中光线能通过的有效圆孔直径，D越大，收集的光 线越多；如f = 50mm，D = 8.9mm，则相对孔径F= 8.9/50=1/5.6； 镜头上以1/F表示光圈值，如3.4，5.6，8，11，16等，光圈 每增加一档，光照度增加一倍；
按发光器件：卤素等、荧光等、LED灯、氙（xian）灯等； 按几何形状：环形、方形、穹型、长条型灯； 按发光特性：点光源、线光源、面光源等； 按照射角度：直射、间接、掠射、同轴、平行等。
LED灯：颜色丰富、发光效率高、响应速度快、体积小、发 热小、功耗低、发光稳定、寿命长、易于组成不同形状的光 源，是重要的光源发展趋势。
Xi’an Jiaotong University
照明技术
物体的反射特性
镜面式反射；漫反射
Xi’an Jiaotong University
照明技术
颜色
相加色：两种或三种波长组合成某种波长光的效果。 相减色：反射时从光谱中去除某些波长的光。
光学密度、折射率、纹理、高度、表面方向
不同光源与照明技术效果举例
光源的颜色差异
中心部有银色涂层的铜框架
Xi’an Jiaotong University
不同光源与照明技术效果举例
红外线照明
Xi’an Jiaotong University
不同光源与照明技术效果举例
红外线照明
Xi’an Jiaotong University
Xi’an Jiaotong University
选择镜头的关键参数
相对孔径F=D/f（光圈）
F越大，景深越短；光圈越小，景深越长。为了获得较大景 深的清晰图像，可以采取加大光强，减小光圈的方法。
Xi’an Jiaotong University
光源
光谱
光的组成成份，如日光由从紫外到红外的所有光谱组成。 取决于光源的类型和光学滤色镜。 可见光光谱如图所示：
Xi’an Jiaotong University
光源
偏振性，又称极化光
一般光波的震荡方向是不定的，极化光的震荡方向处在一个 确定的平面上。 在镜面反射中保留了定向性，可以借此消除镜面反射光的影 响。
Xi’an Jiaotong University
不同光源与照明技术效果举例
偏振光照明
Xi’an Jiaotong University
镜头
镜头的视野、景深和焦距示意图
Xi’an Jiaotong University
镜头
基本概念
成像面：被测物及其背景通过镜头投影到二维图像传感器平 面，一般是长宽比为4:3的矩形； 视野（Field of View，FOV）：与成像面对应的景物平面范 围； 工作距离（Work Distance，WD）：被测物到物镜的距离； 景深：以镜头最佳聚焦WD为中心，前后存在一个范围，在 此范围内的物体能够清晰成像，这个范围被称为景深 （Depth of View，DOV） 焦距
强度
光照强度会影响摄像头的曝光，光线不足会造成对比度降低， 噪声过大； 光线过强会造成图像饱和，能量浪费以及散热等问题。
均匀性
在所有机器视觉应用中，都要求均匀的光照。照射强度会随 距离和角度偏离而减小，需要特别考虑。
Xi’an Jiaotong University
光源
光源的种类
现代检测技术 机器视觉测量系统
精勤求学 敦笃励志 果毅力行 忠恕任事
主要内容
•图像传感器
CCD, CMOS
•图像测量系统
照明、镜头、图像传感与采集、中央处理器
•图像处理技术
基本概念、图像增强、图像分析
Xi’an Jiaotong University
图像测量系统
视频信号
镜头、图像传感器 照明
图像采集
不同光源与照明技术效果举例
高角度亮场与低角度暗场
光照强、较均匀
光滑表面的文字、伤 痕等纹理检测
Xi’an Jiaotong University
不同光源与照明技术效果举例
从边上的黑场照明
最适合凹凸不平表面及表面缺陷，缺点 是阴影太大。
Xi’an Jiaotong University
控制中枢、图像处理
Xi’an Jiaotong University
照明
光源 照明技术 不同光源与照明技术效果举例
Xi’an Jiaotong University
光源
方向
直射光：入射光基本 上来自一个方向，入 射角小，被照射物体 有阴影； 散射光：入射光来自 多个方向，不会投射 出明显阴影。
不同光源与照明技术效果举例
紫外线照明
Xi’an Jiaotong University
不同光源与照明技术效果举例
偏振光照明
Xi’an Jiaotong University
不同光源与照明技术效果举例Fra Baidu bibliotek
偏振光照明
图②镜子上灰尘指印，掠射；图③镜子上油脂指 印，暗视场；图④光盘上油脂指印，暗视场
Xi’an Jiaotong University
照明技术
正向照明
镜面：光线直接反射进入镜头； 离轴照明：光源在镜头轴线侧面、避开了镜面反射； 半漫射照明：光照较均匀，如环形光； 漫射照明：光线来自所有方向，镜面反射最少； 黑场：光线与镜头视线方向垂直。
背光照明
漫射式：光源+平板，背面照射； 凝聚式：使用镜头将光线集中于一个方向； 黑场：适用于检测透明物体中的裂痕、气泡等。
不同光源与照明技术效果举例
用明视野和暗视野照明对比
Xi’an Jiaotong University
不同光源与照明技术效果举例
用碗状照明消除晕眩光
Xi’an Jiaotong University
不同光源与照明技术效果举例
用透射光检查物体的有无
Xi’an Jiaotong University
Xi’an Jiaotong University
选择镜头的关键参数
物镜的焦距f
f决定了物体在成像面成像的大小，焦距越长，成像越大； f可以短到几毫米，长达数十米； 变焦距镜头可以通过调节焦距获得不同的放大倍数。
相对孔径F=D/f（光圈）
D是镜头中光线能通过的有效圆孔直径，D越大，收集的光 线越多；如f = 50mm，D = 8.9mm，则相对孔径F= 8.9/50=1/5.6； 镜头上以1/F表示光圈值，如3.4，5.6，8，11，16等，光圈 每增加一档，光照度增加一倍；
按发光器件：卤素等、荧光等、LED灯、氙（xian）灯等； 按几何形状：环形、方形、穹型、长条型灯； 按发光特性：点光源、线光源、面光源等； 按照射角度：直射、间接、掠射、同轴、平行等。
LED灯：颜色丰富、发光效率高、响应速度快、体积小、发 热小、功耗低、发光稳定、寿命长、易于组成不同形状的光 源，是重要的光源发展趋势。
Xi’an Jiaotong University
照明技术
物体的反射特性
镜面式反射；漫反射
Xi’an Jiaotong University
照明技术
颜色
相加色：两种或三种波长组合成某种波长光的效果。 相减色：反射时从光谱中去除某些波长的光。
光学密度、折射率、纹理、高度、表面方向
不同光源与照明技术效果举例
光源的颜色差异
中心部有银色涂层的铜框架
Xi’an Jiaotong University
不同光源与照明技术效果举例
红外线照明
Xi’an Jiaotong University
不同光源与照明技术效果举例
红外线照明
Xi’an Jiaotong University
Xi’an Jiaotong University
选择镜头的关键参数
相对孔径F=D/f（光圈）
F越大，景深越短；光圈越小，景深越长。为了获得较大景 深的清晰图像，可以采取加大光强，减小光圈的方法。
Xi’an Jiaotong University
光源
光谱
光的组成成份，如日光由从紫外到红外的所有光谱组成。 取决于光源的类型和光学滤色镜。 可见光光谱如图所示：
Xi’an Jiaotong University
光源
偏振性，又称极化光
一般光波的震荡方向是不定的，极化光的震荡方向处在一个 确定的平面上。 在镜面反射中保留了定向性，可以借此消除镜面反射光的影 响。
Xi’an Jiaotong University
不同光源与照明技术效果举例
偏振光照明
Xi’an Jiaotong University
镜头
镜头的视野、景深和焦距示意图
Xi’an Jiaotong University
镜头
基本概念
成像面：被测物及其背景通过镜头投影到二维图像传感器平 面，一般是长宽比为4:3的矩形； 视野（Field of View，FOV）：与成像面对应的景物平面范 围； 工作距离（Work Distance，WD）：被测物到物镜的距离； 景深：以镜头最佳聚焦WD为中心，前后存在一个范围，在 此范围内的物体能够清晰成像，这个范围被称为景深 （Depth of View，DOV） 焦距
强度
光照强度会影响摄像头的曝光，光线不足会造成对比度降低， 噪声过大； 光线过强会造成图像饱和，能量浪费以及散热等问题。
均匀性
在所有机器视觉应用中，都要求均匀的光照。照射强度会随 距离和角度偏离而减小，需要特别考虑。
Xi’an Jiaotong University
光源
光源的种类
现代检测技术 机器视觉测量系统
精勤求学 敦笃励志 果毅力行 忠恕任事
主要内容
•图像传感器
CCD, CMOS
•图像测量系统
照明、镜头、图像传感与采集、中央处理器
•图像处理技术
基本概念、图像增强、图像分析
Xi’an Jiaotong University
图像测量系统
视频信号
镜头、图像传感器 照明
图像采集