工业机器人系统设计与应用5-2视觉检测的原理

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计算机接口
模拟信号经A/D转换，传输至内存的图像
相机“看”到的 图像
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计算机接口

传统数字信号（RS-422, LVDS)


Camera Link
IEEE1394(Firewire)


USB
Gigabit Ethernet
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因此光源是亮域照明还是暗域照明与光源的位置有关。
典型的，暗域照明应用于对表面部分有突起的部分的照 明或表面纹理变化的照明。
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计算机接口
图像采集卡是将模拟摄像机的图像 信号经过A/D转换，或将数字摄像机 的输出信号，通过计算机总线传输 到计算机内存或显存，使计算机能 对摄像机拍摄到的现场图像进行实 时处理、存储和显示的硬件设备。
虹膜
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摄像机相关知识
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
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摄像机相关知识
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摄像机相关知识
（3）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 ③ 工作距离 Working distance 从镜头前端到被检测物体表 面的距离
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摄像机相关知识
（3）几种专业术语
④传感器尺寸 Sensor size 传感器的有效面积,典 型的指标是水平尺寸 ⑤景深 Depth of field: 在整个聚焦范围内，能 够维持清楚成像对应的 最大物体的深度； 也可定义为在允许聚焦 的范围内，允许物体移 动的范围。 ⑥图像 Image
视觉检测的原理
1. 摄像机相关知识 2. 照明 3. 计算机接口
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摄像机相关知识
（1）传感器
镜头 Lens
（工业）摄像机 Camera
聚焦光线
生成图像
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摄像机相关知识
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
（2）镜头 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。
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摄像机相关知识
晶状体 视网膜
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。
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照明
• 连续漫反射照明 LED安装在表面内且向圆顶内照射，
因此圆顶光源向各个角度发生间接光源。 对于形状复杂的工件，圆顶光源可以 将工件各个角度照亮，从而消除了反光 不均匀的地方。 适用场合：适合各种形状复杂的工件。
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照明
• 暗域照明
暗域照明是相对于物体表面提供低角度照明。使用相机 拍摄镜子使其在其视野内，如果在视野内能看见光源就认 为使亮域照明，相反的在视野中看不到光源就是暗域照明。
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照明
目的：使被测物体的重 要特征显现，抑制不重 要的特征
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照明
（1）光源类型 名称 成本 亮度 稳 定 寿命 性 温 度
荧光灯
低
低
低
一般 一 般 高
卤素灯
高
高
一般 低
LED光源 一般 一般 高
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高
低
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照明
（2）光源照射方式 • 环形光照明
此种照明方式是最普遍的，可以很方便的安装在摄像头上。 其特点如下： 1：可以消除LED产生的眩光和反射，具备无影功能 2：LED侧面发光，经平面倒光材料漫射导光，均匀性好 3：轻巧，紧凑的结构设计便于安装，可替代同轴光源适合 于大多数场合
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照明
• 背光照明
背光照明是将光源放置在相对于摄像头的物体的背面。这种照 明方式与别的照明方式有很大不同因为图像分析的不是反射光而 是入射光。 其特点如下： 1：可强烈凸显物体的轮廓特征 2：无法判别物体的表面特征 适用场合：适合外形检测，胶片污点检测，透明物体划痕检测。
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照明
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摄像机相关知识
CMOS（complementary metal-oxide semiconductor）互补金 属氧化物半导体
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摄像机相关知识
CCD
CCD 灵敏度 成本 分辨率 抗噪声 功耗 速度 高 高 高 好 高 低
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Vs
CMOS
CMOS 低 低 低 一般 低 高
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摄像机相关知识
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摄像机相关知识
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
线阵
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• 同轴光照明
同轴光照明是从侧面将光线发射到半反射镜上，反射镜再 将光线反射到工件上，光线照射到工件后返回相机，而工件 表面如刻印凹凸不平部分产生漫反射，相机接收不到光，这 样使得工件边缘点形成对比度。
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照明
• 结构光照明
结构光照明是将光栅或者线光源投射到待测物体，感觉
投射到工件上所产生的畸变，解调出被测物体的三维信息。