機器視覺入門知識總結(jié)

機器視覺入門知識總結(jié)一、 機器視覺系統(tǒng)工業(yè)相機類型：按照輸出信號類型的不同分為模擬相機和數(shù)字相機兩種。而數(shù)字相機按照接口標準不同，可以分為1394相機、USB相機、CameraLink相機以及Gige相機四種。其中CameraLink接口相機能夠解決大數(shù)據(jù)量傳送問題；Gige接口相機能夠解決長距離、快速傳輸問題；而1394相機和USB接口相機具有簡單易用、性價比高等特點；鏡頭接口類型：C接口、CS接口、U接口等；光源類型：環(huán)形光源、背光源、同軸光源、條形光源、點光源、球積分光源等；二、 如何選擇相機？1、 根據(jù)應(yīng)用的不同分別選用CCD或CMOS相機CCD工業(yè)相機主要應(yīng)用在運動物體的圖像提取，當然隨著CMOS技術(shù)的發(fā)展，很多貼片機也在選用CMOS工業(yè)相機。用在視覺自動檢查的方案或行業(yè)中一般用CCD工業(yè)相機比較多。CMOS工業(yè)相機由成本低，功耗低也應(yīng)用越來越廣泛。2、 分辨率的選擇根據(jù)系統(tǒng)需求來選擇分辨率大小。首先考慮待觀察或待測量物體的精度，根據(jù)精度選擇分辨率。相機像素精度=單方向視野范圍大小/相機單方向分辨率。則相機單方向分辨率=單方向視野范圍大小/理論精度。若單視野為5mm長，理論精度為0.02mm，則單方向分辨率=5/0.02=250。然而為增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，不會只用一個像素單位對應(yīng)一個測量/觀察精度值，一般可以選擇倍數(shù)4或更高。這樣該相機需求單方向分辨率為1000，選用130萬像素已經(jīng)足夠。其次看工業(yè)相機的輸出，若是體式觀察或機器軟件分析識別，分辨率高是有幫助的；若是VGA輸出或USB輸出，在顯示器上觀察，則還依賴于顯示器的分辨率，工業(yè)相機的分辨率再高，顯示器分辨率不夠，也是沒有意義的；利用存儲卡或拍照功能，工業(yè)相機的分辨率高也是有幫助的。應(yīng)用案例：假設(shè)檢測一個物體的表面劃痕，要求拍攝的物體大小為10*8mm,要求的檢測精度是0.01mm。首先假設(shè)我們要拍攝的視野范圍在12*10mm,那么相機的最低分辨率應(yīng)該選擇在：（12/0.01）*（10/0.01）=1200*1000,約為120萬像素的相機，也就是說一個像素對應(yīng)一個檢測的缺陷的話，那么最低分辨率必須不少于120萬像素，但市面上常見的是130萬像素的相機，因此一般而言是選用130萬像素的相機。但實際問題是，如果一個像素對應(yīng)一個缺陷的話，那么這樣的系統(tǒng)一定會極不穩(wěn)定，因為隨便的一個干擾像素點都可能被誤認為缺陷，所以我們?yōu)榱颂岣呦到y(tǒng)的精準度和穩(wěn)定性，最好取缺陷的面積在3到4個像素以上，這樣我們選擇的相機也就在130萬乘3以上，即最低不能少于300萬像素，通常采用300萬像素的相機為最佳（我見過最多的人抱著亞像素不放說要做到零點幾的亞像素，那么就不用這么高分辨率的相機了。比如他們說如果做到0.1個像素，就是一個缺陷對應(yīng)0.1個像素，缺陷的大小是由像素點個數(shù)來計算的，試問0.1個像素的面積怎么來表示？這些人以亞像素來忽悠人，往往說明了他們的沒有常識性)。換言之，我們僅僅是用來做測量用，那么采用亞像素算法，130萬像素的相機也能基本上滿足需求，但有時因為邊緣清晰度的影響，在提取邊緣的時候，隨便偏移一個像素，那么精度就受到了極大的影響。故我們選擇300萬的相機的話，還可以允許提取的邊緣偏離3個像素左右，這就很好的保證了測量的精度。3、 相機幀數(shù)選擇當被測物體有運動要求時，要選擇幀數(shù)高的工業(yè)相機。但一般來說分辨率越高，幀數(shù)越低；4、 與鏡頭的匹配傳感器芯片尺寸需要小于或等于鏡頭尺寸，C或CS安裝座也要匹配。C與CS接口的區(qū)別在于鏡頭與攝像機接觸面至鏡頭焦平面(攝像機CCD光電感應(yīng)器應(yīng)處的位置)的距離不同：C型接口此距離為17.5mmCS型接口此距離為12.5mmC型鏡頭與C型攝像機，CS型鏡頭與CS型攝像機可以配合使用。C型鏡頭與CS型攝像機之間增加一個5mm的C/CS轉(zhuǎn)接環(huán)可以配合使用。CS型鏡頭與C型攝像機無法配合使用。三、如何選擇鏡頭？工業(yè)攝像頭在分辨率，幀率，對光線的要求，曝光方式等都有高可比性，其中主要部件為CCD感光芯片。分辨率(Resolution):相機每次采集圖像的像素點數(shù)(Pixels)，對于數(shù)字工業(yè)相機一般是直接與光電傳感器的像元數(shù)對應(yīng)的，對于模擬相機則是取決于視頻制式，PAL制為768*576，NTSC制為640*480。像素深度(PixelDepth)：即每像素數(shù)據(jù)的位數(shù)，一般常用的是8Bit，對于數(shù)字工業(yè)相機一般還會有10Bit、12Bit等。3.最大幀率(FrameRate)/行頻(LineRate)：相機采集傳輸圖像的速率，對于面陣相機一般為每秒采集的幀數(shù)(Frames/Sec.)，對于線陣相機為每秒采集的行數(shù)。像元尺寸(PixelSize):像元大小和像元數(shù)(分辨率)共同決定了相機靶面的大小。目前數(shù)字工業(yè)相機像元尺寸一般為3pm-10pm，一般像元尺寸越小，制造難度越大，圖像質(zhì)量也越不容易提高。曝光方式(Exposure)和快門速度(Shutter):對于線陣相機都是逐行曝光的方式，可以選擇固定行頻和外觸發(fā)同步的采集方式，曝光時間可以與行周期一致，也可以設(shè)定一個固定的時間；面陣工業(yè)相機有幀曝光、場曝光和滾動行曝光等幾種常見方式，數(shù)字工業(yè)相機一般都提供外觸發(fā)采圖的功能?？扉T速度一般可到10微秒，高速工業(yè)相機還可以更快。光譜響應(yīng)特性(SpectralRange)：是指該像元傳感器對不同光波的敏感特性，一般響應(yīng)范圍是350nm—1000nm，一些相機在靶面前加了一個濾鏡，濾除紅外光線，如果系統(tǒng)需要對紅外感光時可去掉該濾鏡。四、如何選擇光源?光源是影響機器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素，其直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和至少30%的應(yīng)用效果。由于沒有通用的機器視覺照明設(shè)備，所以針對每個特定的應(yīng)用實例，要選擇相應(yīng)的照明裝置，以達到最佳效果。下面介紹幾種常見的照明方式。直接照明：光直接射向物體，得到清楚的影像。當需要得到高對比度物體圖像的時候，這種類型的光很有效。但是當用它照在光亮或反射的材料上時，會引起像鏡面的反光。通用照明一般采用環(huán)狀或點狀照明。環(huán)燈是一種常用的通用照明方式，其很容易安裝在鏡頭上，可給漫反射表面提供足夠的照明。同軸照明：同軸光的形成即通過垂直墻壁出來的變化發(fā)散光，射到一個使光向下的分光鏡上，相機從上面通過分光鏡看物體。這種類型的光源對檢測高反射的物體特別有幫助，還適合受周圍環(huán)境產(chǎn)生陰影的影響，檢測面積不明顯的物體。暗場照明：暗場照明是相對于物體表面提供低角度照明。使用相機拍攝鏡子使其在其視野內(nèi)，如果在視野內(nèi)能看見光源就認為使亮場照明，相反的在視野中看不到光源就是暗場照明。因此光源是亮場照明還是暗場照明與光源的位置有關(guān)。典型的，暗場照明應(yīng)用于對表面部分有突起的部分的照明或表面紋理變化的照明。漫射照明：連續(xù)漫反射照明應(yīng)用于物體表面的反射性或者表面有復(fù)雜的角度。連續(xù)漫反射照明應(yīng)用半球形的均勻照明，以減小影子及鏡面反射。這種照明方式對于完全組裝的電路板照明非常有用。這種光源可以達到170立體角范圍的均勻照明。背光照明：從物體背面射過來均勻視場的光。通過相機可以看到物面的側(cè)面輪廓。背光照明常用于測量物休的尺寸和定物體的方向。背光照明產(chǎn)生了很強的對比度。應(yīng)用背光技術(shù)時候，物體表面特征可能會丟失。例如，可以應(yīng)用背光技術(shù)測量硬幣的直徑，但是卻無法判斷硬幣的正反面。除了以上介紹的幾種常用照明技術(shù)，還有些特殊場合所使用的照明技術(shù)，比如在線陣相機中需要亮度集中的條形光照明；比如在精密尺寸測量中與遠心鏡頭配合使用的