视觉测量技术(一)_视觉系统构成ppt课件
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• 导航
2、机器视觉应用
• 其他应用
智能交通监控
三维重建
• 遥感图像分析（植被分析、考古发掘） • 医学图像分析（骨骼定位） • 安全鉴别、监视与跟踪（门禁系统、视频监控） • 国防系统（目标自动识别与目标跟踪） • 文物保护（数字博物馆） • 其他（游戏、动画、体育、人机交互） …………
机器视觉的一些基本概念
滚轴的外观检测
轴承的外观检测
高速检测连续冲孔的 冲压零部件。
可使用2台线型相机 高精度检测长尺的 金属滚轴表面缺陷
Leabharlann Baidu
曲面外观检测
2、机器视觉应用
• 导航
Rocky 7 火星车
Rocky7视觉系统获取的立体图象对
(a) 深度图象
(b)障碍物探测示意图
Rocky7 视觉系统对场景的深度恢复
2、机器视觉应用
3.1 摄像机 - 镜头 – 焦距
3.1 摄像机 – 几种专业术语
① 分辨率 Resolution: 被检测物体的最小特征 尺寸
⑦像素 Pixel ⑧像素分辨率 Pixel resolution: 图像上需要表达被测物 体所需的最小像素个数
② 视野 Field of view 物体可被检测到的区域 ， 换言之,它是物体填 满传感器图象的区域
• 1.平面视觉（Planar Vision）：被测对象处在平面内，只对目标 在平面的信息进行测量的视觉测量与控制。
• 2.立体视觉（Stereo Vision）：对目标在三维笛卡尔空间内的信 息进行测量的视觉测量与控制。
• 3.结构光视觉（Structured Light Vision）：利用特定光源照射 目标，形成人工特性，由摄像机采集这些特征进行测量。结构光视 觉可简化图像处理中的特征提取，大幅度提高图像处理速度。
• 7.手眼系统（Hand-Eye System）：摄像机和机械手构成的机器人 视觉系统。 .Eye-in-Hand：摄像机安装在机械手末端并随机械手一起运动 的视觉系统。 Eye-to-Hand：摄像机不安装在机械手末端，不随机械手运动 的视觉系统。
• 8.视觉控制（Vision Control/Visual Control）：根据视觉测量 获得目标的位置和姿态，将其作为给定或者反馈对机器人的位置和 姿态进行的控制。
3.1 摄像机-CCD 传感器-尺寸
CCD的尺寸，是说感光器件的 面积大小。
3.1 摄像机-CCD 传感器-尺寸
✓ 主要有2/3英寸、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸等。 面积越大，捕获的光子越多，感光性能越好，信噪比越低。 ✓ 2/3英寸的300万像素相机效果通常好于1/2英寸的400万像素 相机(后者的感光面积只有前者的53%)。 ✓ 而相同尺寸的CCD，像素越多，图像质量越好。价格越高 。
3.1 摄像机- Sensor
CCD （charge-coupled device）电荷耦合元件 也称为CCD图像传感器。CCD是一种半导体器件， 能够把光学影像转化为数字信号。 CCD上植入的 微小光敏物质称作像素（Pixel）。一块CCD上包 含的像素数越多，其提供的图像分辨率也就越 高。
面阵
生成图像
3.1 摄像机- Sensor
• 摄像机的作用：将通过镜头聚焦于像平面的光 线生产图像。
• 摄像机最重要的部件：数字传感器
–CCD （charge-coupled device）电荷耦合元件 –CMOS（complementary metal-oxide semiconductor）
互补金属氧化物半导体
• 9.视觉伺服（Visual Servo/Visual Servoing）：利用视觉信息对 机器人进行的伺服控制，是视觉控制的一种。
3、 机器视觉检测系统的构成
5 摄像机-计算机接口
3 计算机
4 光照系统
2 摄像机
6 控制机构
1 被测物体
3.1 摄像机
镜头 Lens 聚焦光线
（工业）摄像机 Camera
线阵
3.1 摄像机- Sensor
CMOS（complementary metal-oxide semiconductor） 互补金属氧化物半导体
灵敏度 成本 分辨率 抗噪声 功耗 速度
3.1 摄像机- Sensor
CCD
CCD 高 高 高 好 高 低
Vs CMOS
CMOS 低 低 低 一般 低 高
虹膜
3.1 摄像机 - 镜头 – 型号
保证通光量 Lens尺寸 ≥ Sensor尺寸
3.1 摄像机 - 镜头 – 型号
控制进光量
F2.2、F2.8、F4….. 光圈F值愈小，在同一单 位时间内的进光量便愈 多
由于光学原理和制造 成本的限制，摄影镜头 在全开光圈时的像质并 不是最佳的，通常在收 缩光圈后，像质有明显 的改善。
每个摄影镜头都有 一个或者多个最佳光圈 ，在这些最佳光圈下， 画面的质量达到最好， 分辨率高、反差均衡等 。
3.1 摄像机 - 镜头 – 型号
3.1 摄像机 - 镜头 – 型号
3.1 摄像机 - 镜头 – 焦距
薄透镜原理
f: 透镜焦距长度 F: 透镜焦点 z’: 摄像机常数
1- 1=1 z' z f
视觉测量技术
（一） 视觉系统组成
丁雅斌
１、什麽是机器视觉 ？
人类的眼睛
机器视觉传感器
以光电传感器和计算机为核心组成的能够
模拟人类视觉而完成某项工作的方法及装备
通过两维图像建立三维或高维真实世界的模型
2、机器视觉应用
• 目标识别与定位
2、机器视觉应用
• 质量检测
2、机器视觉应用
• 几何量测量
零件外观检测
3.1 摄像机 - 镜头 - Lens
镜头是一种光学设备，用于聚焦光线在 摄像机内部成像。镜头的作用是收集光 线，产生锐利的图像，以得到被测物体 的细节。
通常由一块或者多块光学玻璃或 塑料组成的透镜组，基本单元为 凹透镜、凸透镜，或其组合
视网膜
3.1 摄像机 - 镜头 Vs. 人眼
晶状体 瞳孔
虹膜调节瞳孔的大小，对光线大小进 行控制。 光线通过焦距20的晶状体，在视网膜 上成像。
• 4.主动视觉（Active Vision）：对目标主动照明或者主动改变摄 像机参数的视觉系统。
• 5.被动视觉（Passive Vision）：如双目视觉。
机器视觉的一些基本概念
• 6.视觉测量（Vision Measure/Visual Measure）：根据摄像机获 得的视觉信息对目标的位置和姿态进行的测量。
2、机器视觉应用
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三维重建
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机器视觉的一些基本概念
滚轴的外观检测
轴承的外观检测
高速检测连续冲孔的 冲压零部件。
可使用2台线型相机 高精度检测长尺的 金属滚轴表面缺陷
Leabharlann Baidu
曲面外观检测
2、机器视觉应用
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Rocky 7 火星车
Rocky7视觉系统获取的立体图象对
(a) 深度图象
(b)障碍物探测示意图
Rocky7 视觉系统对场景的深度恢复
2、机器视觉应用
3.1 摄像机 - 镜头 – 焦距
3.1 摄像机 – 几种专业术语
① 分辨率 Resolution: 被检测物体的最小特征 尺寸
⑦像素 Pixel ⑧像素分辨率 Pixel resolution: 图像上需要表达被测物 体所需的最小像素个数
② 视野 Field of view 物体可被检测到的区域 ， 换言之,它是物体填 满传感器图象的区域
• 1.平面视觉（Planar Vision）：被测对象处在平面内，只对目标 在平面的信息进行测量的视觉测量与控制。
• 2.立体视觉（Stereo Vision）：对目标在三维笛卡尔空间内的信 息进行测量的视觉测量与控制。
• 3.结构光视觉（Structured Light Vision）：利用特定光源照射 目标，形成人工特性，由摄像机采集这些特征进行测量。结构光视 觉可简化图像处理中的特征提取，大幅度提高图像处理速度。
• 7.手眼系统（Hand-Eye System）：摄像机和机械手构成的机器人 视觉系统。 .Eye-in-Hand：摄像机安装在机械手末端并随机械手一起运动 的视觉系统。 Eye-to-Hand：摄像机不安装在机械手末端，不随机械手运动 的视觉系统。
• 8.视觉控制（Vision Control/Visual Control）：根据视觉测量 获得目标的位置和姿态，将其作为给定或者反馈对机器人的位置和 姿态进行的控制。
3.1 摄像机-CCD 传感器-尺寸
CCD的尺寸，是说感光器件的 面积大小。
3.1 摄像机-CCD 传感器-尺寸
✓ 主要有2/3英寸、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸等。 面积越大，捕获的光子越多，感光性能越好，信噪比越低。 ✓ 2/3英寸的300万像素相机效果通常好于1/2英寸的400万像素 相机(后者的感光面积只有前者的53%)。 ✓ 而相同尺寸的CCD，像素越多，图像质量越好。价格越高 。
3.1 摄像机- Sensor
CCD （charge-coupled device）电荷耦合元件 也称为CCD图像传感器。CCD是一种半导体器件， 能够把光学影像转化为数字信号。 CCD上植入的 微小光敏物质称作像素（Pixel）。一块CCD上包 含的像素数越多，其提供的图像分辨率也就越 高。
面阵
生成图像
3.1 摄像机- Sensor
• 摄像机的作用：将通过镜头聚焦于像平面的光 线生产图像。
• 摄像机最重要的部件：数字传感器
–CCD （charge-coupled device）电荷耦合元件 –CMOS（complementary metal-oxide semiconductor）
互补金属氧化物半导体
• 9.视觉伺服（Visual Servo/Visual Servoing）：利用视觉信息对 机器人进行的伺服控制，是视觉控制的一种。
3、 机器视觉检测系统的构成
5 摄像机-计算机接口
3 计算机
4 光照系统
2 摄像机
6 控制机构
1 被测物体
3.1 摄像机
镜头 Lens 聚焦光线
（工业）摄像机 Camera
线阵
3.1 摄像机- Sensor
CMOS（complementary metal-oxide semiconductor） 互补金属氧化物半导体
灵敏度 成本 分辨率 抗噪声 功耗 速度
3.1 摄像机- Sensor
CCD
CCD 高 高 高 好 高 低
Vs CMOS
CMOS 低 低 低 一般 低 高
虹膜
3.1 摄像机 - 镜头 – 型号
保证通光量 Lens尺寸 ≥ Sensor尺寸
3.1 摄像机 - 镜头 – 型号
控制进光量
F2.2、F2.8、F4….. 光圈F值愈小，在同一单 位时间内的进光量便愈 多
由于光学原理和制造 成本的限制，摄影镜头 在全开光圈时的像质并 不是最佳的，通常在收 缩光圈后，像质有明显 的改善。
每个摄影镜头都有 一个或者多个最佳光圈 ，在这些最佳光圈下， 画面的质量达到最好， 分辨率高、反差均衡等 。
3.1 摄像机 - 镜头 – 型号
3.1 摄像机 - 镜头 – 型号
3.1 摄像机 - 镜头 – 焦距
薄透镜原理
f: 透镜焦距长度 F: 透镜焦点 z’: 摄像机常数
1- 1=1 z' z f
视觉测量技术
（一） 视觉系统组成
丁雅斌
１、什麽是机器视觉 ？
人类的眼睛
机器视觉传感器
以光电传感器和计算机为核心组成的能够
模拟人类视觉而完成某项工作的方法及装备
通过两维图像建立三维或高维真实世界的模型
2、机器视觉应用
• 目标识别与定位
2、机器视觉应用
• 质量检测
2、机器视觉应用
• 几何量测量
零件外观检测
3.1 摄像机 - 镜头 - Lens
镜头是一种光学设备，用于聚焦光线在 摄像机内部成像。镜头的作用是收集光 线，产生锐利的图像，以得到被测物体 的细节。
通常由一块或者多块光学玻璃或 塑料组成的透镜组，基本单元为 凹透镜、凸透镜，或其组合
视网膜
3.1 摄像机 - 镜头 Vs. 人眼
晶状体 瞳孔
虹膜调节瞳孔的大小，对光线大小进 行控制。 光线通过焦距20的晶状体，在视网膜 上成像。
• 4.主动视觉（Active Vision）：对目标主动照明或者主动改变摄 像机参数的视觉系统。
• 5.被动视觉（Passive Vision）：如双目视觉。
机器视觉的一些基本概念
• 6.视觉测量（Vision Measure/Visual Measure）：根据摄像机获 得的视觉信息对目标的位置和姿态进行的测量。