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1、 实际中的光源总有一定的发光面积 扩展光源。扩展光源表面的每个面元ds沿某个方向r有一定发光强度dI 沿r观察，则 ds=ds cos 投影面积则面元ds沿r方向的光度学亮度B定义为在此方向上单位投影面积的发光强度。高度： 单位： 被照表面照度：一个被光线照射的表面上的照度，为照射在单位面积上的光通量，设面积ds上的光通量为d,则：照度 单位：1（勒克斯） 1 = 1 lm/ 照度光学系统的像面照度和其他表面的照度是必须了解的光学量。参看图1.4-1，从轴面上的面元dA1、辐射到接收面上的面元dA2的辐射通量为：LdA1d，Cos式中 图xx 辐射的传播而从物面辐射到接收面的总辐射通量为设物面
2、是朗伯面，即L与面元dA1的位置无关，则 由此 式中F12称为辐射传输系数，它只与表面的形状、位置、大小和方向有关。是一纯粹几何量。F12是一二重积分量，很难计算，不过现在已经对一些典型情况，计算出了结果，并且列出了表格，可供查阅。 像面照度光学系统像面上的照度会受两方面的影响：（1）光学系统的会聚和发散作用；（2）光学系统的吸收、反射、散射和挡光的作用；为了简单起见，将忽略第（2）种影响，而对于第（1）种影响将通过光学系统的几何度G表示出来，并使这一计算变得很简单。几何度G的定义为 式中 这是投影立体角，它是接收面dA2对物面dA1所张立体角在物面法线方向的投影的积分。几何度G只和光源的几何
3、尺寸、光源到光学系统的距离、光学系统的入瞳尺寸以及光学系统的结构有关。当光能通过光学系统且不存在损失时，G是不变量，即在光学系统内的不同截面上，G都是相同的。若从图1.42观察则有Gs = Ge = Gx = Gi式中Gs、Ge、Gx、Gi分别是光学系统的物面S、入瞳面e、出瞳面x、像面i的几何度。图1.42从上可以看出;（1）几何度G可以表示光学系统传输辐射的能力；（2）可以根据易于计算的截面上的G值，计算出任一截面上的照度。例如：（1）光能无损失的光学系统像面中心的辐射度由得到式中，是光学系统的纵向放大率。（2）视场角为处像平面上的辐照度。比较物方侧物点1和轴上点0所对应立体角的大小。对于
4、物点1，入瞳所对应的立体角为式中0是入瞳对轴上点0所张的立体角，故轴外点像平面的辐照度为 上式说明：像面照度与光学系统的相对孔径的平面成正比，又和视场角的余弦的4次方成正比； 需要特别注意的是：，这将严重影响像面照度的均匀性。但是，对于野外景物，它并不是朗伯体，而是各向均匀发光体，则。 1.7 视觉的空间知觉人眼能在高和宽为2D空间上形成的视象得到一个3D视觉空间。 非视觉性深度线索 眼睛聚焦调节： 观察远点不同的物体时，眼睛调节晶状体，使成清晰象，这种调节活动给大脑提供信息，提供深度估计。 据此 共焦测距法 双眼视轴的融合 观察远近不同的物体，双眼自动调节使视轴对准视网膜中心，做幅合运动。提
5、供距离信息 三角测距法 双眼深度线索中央眼确定主观视觉方向，视觉 是产生立体知觉和深度知觉。（单独产生） （图像复合后相当于1只眼睛看到） 单眼深度线索大小：尺寸相近的物体，近：成像大；远：成像小物体的遮挡：遮挡来判断物体的前后距离光亮与阴影：近：物体明亮；远：物体灰暗颜色分布：近：黄或红；远：蓝 空气透视：近：轮廓清晰；远：模糊不清纹理：近：纹理稀疏；远：纹理密集运动：近：视角变化大；远：视角变化小 （坐车过电线杆，和远处的树）第二章 图像的采集和量化2.1 采集装置的性能指标接受外界的激励并产生响应，把模拟的响应转化为数字化的信号，从而可被计算机利用。采集装置功能： 接受辐射（光、声、电）
6、 进行模数转换。采集装置性能指标： 线性响应：输入物理信号的强度与输出响应信号的强度之间关系是否线性。 灵敏度：绝对灵敏度用能拾测到的最小光子数表示。 相对灵敏度用能使输出发生一级变化所需光子数表示。 信噪比：所采集的图像中有用信号与无用干扰的（能量或强度）比值。 阴影（不均匀度）：输入物理信号为常数而输出的数字形式不为常数的现象。 象素形状：一般为正方形，但也有其它形状（如运动）。 频谱灵敏度：对不同频率辐射的相对灵敏度。 快门速度：采集拍摄时间。 读取速度：信号数据从敏感单元读取（传输）的数率。2.2 电荷藕合摄像器件面阵CCD原理。（帧转移型，隔列转移型，线转移型）面阵CCD的基本特性参
7、数： 光电转移特性光电转换因子，一般99.7。 光谱响应 动态范围：输出信号峰值电压与均方根噪声电压之比。噪声源：电荷注入器件引起的噪声。 电荷转移过程中，电荷量变化引起的噪声。 拾测时产生的噪声。 暗电流：正常工作时，MOS电容处于未饱和的非平衡状态，但由于热激发产生的少量载流子使系统趋向平衡。暗电流是判断一个系统好坏的重要标志。 分辨率：像元位数高的器件具有更高的分辨率。 面阵CCD，只评价其水平分辨率， 且用电视线数的评价方法。在一幅图像上，在水平方向能够分 辨出的黑白条数分辨率。 填充系数Fb电敏感区域占整个矩阵面的比例 b 拖影：由寄存器电荷移位时留下的剩余 电荷量产生。三管CCD彩
8、色摄像机 分光棱镜 三色 三CCD接收 RGB信号单管CCD彩色摄像机 栅状滤色器 三色 三CCD接收 RGB信号 （例举液晶显示器）特种CCD图像传感器 微光CCD图像传感器（多帧积累） 直视夜视仪 微光透视图像传感器 特点：便于图像处理，实现远距传输或遥控，实现自动控制直接用于制导、录像并长期保存。 红外CCD图像传感器（IR CCD）用于夜视，、跟踪制导、红外侦察、预警。（海湾战争）主动红外电视摄像：红外光源（红外光源，半导体激光器）红外摄像器件（CCD）红外变像管：把不可见的红外线转变成可见光。 X光CCD图像传感器 医疗影像工业探测目标：小剂量X光照射，图像远程传输。 2.3 CCD
9、相机分类: 彩色相机 黑白相机按灵敏度划分：普通型（照度13 lux），月光型（照度0.1 lux） 星光型（照度 0.01 lux），红外型（红外照明，天光线）按CCD灵敏度尺寸分为 1/4 inch，1/3 inch，1/2 inch，1 inch相机。按扫描方式：有面扫描和线扫描方式，面扫描又分为逐行扫描和隔行扫描。按同步方式：内扫描（普通相机），外同步功能相机。CCD相机主要功能调节 同步方式选择：内同步（利用内置的同步信号发生器产生同步信号）； 外同步（外触发信号）； 电源同步（利用电源完成垂直同步）； 自动增益控制： CCD信号的视频放大器，对不同照度而随之改变增益，可使相机在较大
10、的光照范围内进行工作。 背光补偿： 自动补偿（AGC）以整个视场平均值来确定（亮背景，暗前景）启动背光补偿，则AGC只对前景视场求平均确定增益。 电子快门：CCD仅输出快门开启时的光电荷信号，其余时间则被泄放。最短电子快门为1/1000 S。 校正：V （机器视觉 1）光（L） CCD 电（V） 显示器 光。要保持二次转换中的综合特性具有线性。 自平衡（仅用于彩色相机）：对景物图像进行色温补偿，分为自动调节和手动调节两种。CCD相机接口： 光学接口 信号接口：RS422： 双绞线，相机具有110终端负载。Camera Link：控制信号、视频信号、串行通讯。LVDS（低振幅差分信号）：低电压和
11、低电压驱动实现了低噪声和低功耗。IEEE1394：串行接口（Firewire）400Mbps，不需要集线器就可以连接63台设备，连接电脑可省去图像采集卡。2.4 彩色数码相机图像 镜头 CCD A/D 数字信息存储数码相机的最大特点是它的一系列的二进制数据和标准的图像存储方式把所摄图像存放在机内存储器，并可以通过专用接口与通用计算机联机，实现图像传输和计算机处理的功能。分辨率高达30602036。主要性能：1 分辨率： 常有16001200，1024768，640780。2 色彩深度：专业的达到36位或24位。3 焦距：可高达10倍光学变焦，数码变焦。4 光圈快门： 快门1/50016 S 广
12、角光圈f2.5f16； 长焦光圈f3.8f24。5 图像存储：内置存储卡 JPG格式 120K。6 取景器“观看拍摄效果和编辑修改（液晶）。7 接口功能：RS232、SCS1、USB。1394接口。8 其他接口：自动测光、自动调焦、自动闪光、自拍。2.5 常用的图像文件格式1 BMP2 GIF3 TIFF(TIF)4 JPEG(JPG)（依据数字图像处理内容简单扩展）2.6 照明系统设计照明系统设计的基本因素： 镜头的视场：被测物尺寸 镜头视场 最佳照明（照亮整个视场） 照明系统与工作间距：镜头到工作距离 照明系统到工作间距 光源到工作距离 工件的外形，条纹及颜色：工作表面形状、平坦度、粗糙度
13、、颜色 成像物镜自配：针对确定的成像物镜进行光源设计划痕、缺陷、印纹等能被清晰显现。 照度自配：根据CCD的光表面动态响应范围确定合适的像表面度。照明系统的选择： 直接型： 沐光方式 高环形光 反射型 低角度方式 低环形光 漫反射 条形方式 条形光源 聚光方式 聚光 高亮方式（激光） 投射型：高亮投射照明导光面（光板）投射照明线条光源 投射照明 同轴光照明：与光轴平行的平行光均匀照明工件。 不同频率光线照明（多彩）第三章 二值图像分析 一幅数字图像是一个二维阵列，阵列元素值称为灰度值或强度值实际上，图像在量化成数字图像前是一个连续强度函数的集合，场景信息就包含在这些强度值中图像强度通常被量化成256个不同灰度级，对某些应用来说，也常有32、64、128或512个灰度级的情况，在医疗领域里甚至使用高达4096(12bits）个灰度级很明显，灰度级越高，图像质量越好，但所需的内存也越
