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1、机器视觉技术MachineVision 1 主讲人 电话 邮箱 2 引言机器视觉介绍 自动化设备 汽车工业 消费品 电子产品 食品饮料 包装 医药行业 机器视觉 处理速度快检测精度高非接触测量 1工业相机 概述 3 工业相机用于获取图像 传感器选择 传感器结构 输出信号 CCD CMOS 面阵相机 线阵相机 数字相机 模拟相机 图像 黑白相机 彩色相机 1 1工业相机 接口 输出方式 USB USB2 0 USB3 0 IEEE1394 Firewire GigECameraLink模拟信号 BNC S端子 需要图像采集卡 PAL NTSC等 1 1工业相机 接口 1 1工业相机 接口 1 2
2、工业相机 CCD CMOS CCD CMOS CCD 感光元件将光强转为电荷 形成电荷包 在后驱脉冲作用下转移 放大输出图像信号 CMOS 将光敏感阵列 图像信号放大器 信号读取电路 模数转换电路 控制器集成在一块芯片上 还具有局部像素随机访问的优点 1 2工业相机 CCD CMOS CCD和CMOS优缺点 CCD CMOS 1 3工业相机 传感器结构特性 面阵相机感光单元按二维阵列排列每次拍摄对一个面进行曝光成像 线阵相机感光单元排列是一维的每次曝光仅是一条线成像 随着物体和摄像机的相对运动 相机连续曝光形成一幅二维图像 适用于目标物体幅面较大或缺陷尺寸微小的场合 1 4工业相机 分辨率和尺
3、寸 传感器 传感器尺寸 水平分辨率 垂直分辨率 尺寸通常以有效面积或对角线尺寸 英寸 表示 1 相机分辨率 水平分辨率X垂直分辨率 1 1 1 4工业相机 分辨率和尺寸 很显然 单个像素面积越小 单位面积内的像素数量就越多 摄像机的分辨率就越高 但是 随着像素面积的缩小 每个像素能够储存的电荷数量也随之减少 造成相机动态范围和感光度降低 因此 在分辨率允许的情况下 选择像素尺寸大的相机会有较大的动态范围和较高的感光度 但是随之而来产生的噪声也会加大 1 5工业相机 像素时钟 最大行频 最大帧率 像素时钟 CCD中像素输出的节拍 最大行频 线阵相机每秒钟能够输出的最大行数 最大帧率 面阵相机每秒
4、钟能够采集并输出的最大帧数 像素时钟越高最大行频或者帧率越高 但是噪声也会加大 影响低照度环境下的性能 2如何选择合适的工业相机 选择品牌 帧率的选择 分辨率的选择 接口的选择 黑白 彩色 面阵 线阵 CCD CMOS 相机水平分辨率 拍摄视野水平尺寸 检测精度相机垂直分辨率 拍摄视野垂直尺寸 检测精度 一般来讲 分辨率越高帧率越小 3镜头基础知识及选型 镜头的作用 集聚光线 使成像单元能获取清晰的影像结构 产生锐利的图像 调节机构主要是光圈调节环和调焦环 接口主要由常见的C口 CS口 3 1镜头相关参数 焦距物距 工作距离 视野 视场范围 视场角相对孔径光圈数 3 2镜头焦距 焦距 镜头光学
5、后主点到焦点的距离 由上图可以看出焦距越长成像也就越大 常用的工业镜头 5mm 8mm 12mm 25mm 35mm 50mm 75mm等等 3 3光圈 光圈 镜头中可以改变中间孔大小的机械装置 图像的成像照度与光圈的直径D的平方成正比 于镜头的焦距成反比 D f被称为镜头的相对通光孔径 他的倒数f D就被成为光圈数 也叫F数 如果镜头的相对孔径是1 2 那么他的光圈就是F2 0 相对孔径越小 则光圈数越大 在单位时间内的通光量也越大 3 4景深 当镜头聚集于被测物表面时 同一表面上的都能在CCD上清晰成像 这一表面前后一定范围内的景物也能清晰的成像 这个纵深范围就被称为景深 拍摄距离越远 景
6、深越大 焦距越长 景深越小 光圈越大 景深越小 3 5视场角 当f一定时 市场角越大成像也就越大 当d一定时 焦距越长 视场角就越少 3 6工作波长 光学镜头都是针对一定波长范围内的光波工作 自物面发出的光波 在此波长范围内的 能够通过镜头在像面上成一清晰像 而且能量衰减较小 而在此范围外的光波 则难以校正像差 成像质量差 分辨率低 而且能量衰减很大 甚至被光学介质材料所吸收 完全不能通过镜头 3 6分辨率 定义 镜头在单位毫米内能够分辨开的黑白相同的条纹对数 分辨率为1 2d 单位为lp mm 线对 毫米 理想镜头的分辨率完全由相对孔径所决定 相对孔径越大 F越小 分辨率就越高 3 7镜头产
7、生的畸变 镜头一般用于聚集光线 让足够多的光线能够收敛聚焦到投影点上 这就必须使用大面积且弯曲的透镜 透镜可以聚集足够多的光线到某一点上 使图像的生成更加迅速 但是其代价就是引入畸变 解决办法 1 采用摄像机标定 2 采用远心镜头 3 8如何选择合适的镜头 远心镜头 接口 C CS 有时需要转接环 焦距的选择 4照明系统 作用 以合适的方式将光线投射到被测物上 突出待测特征部分的对比度 4 1照明方式 4 2照明方式 4 3照明方式 作用 去除照明产生的泛光 4 4照明方式 光线控制薄膜 将散射光转为平行光 条形光 常用语45度角正向照明 是一种尺寸检测 外观检测经常用的一种照明方式 4 5条
8、形光 4 6同轴光 同轴光 照明更加均匀 提高机器视觉检测的准确性和重现性 4 7环形LED光源 环形光 直接照射 是一种低成本 易于集成的解决方案 4 8背光源 背光源 均匀度高 厚度较薄 完美呈现被测物的轮廓 4 9线性光源 线性光源 高亮度线扫描光源 用于线阵相机项目 4 10电源 控制器 电源 提供光源电源 提供光源亮度调节 使用光源电源可以提升光源照明亮度的稳定性和使用寿命 光源频闪控制器 根据输入信号实现光源的频闪控制 可以大大提升LED光源的使用寿命 5VisonPro介绍 提供一种快速的机器视觉图像处理方案 5 1VisionPro 5 2VisionPro 5 3几何图案匹配和检验 PatMax 谢谢
