《機器視覺系統(tǒng)應用 》課件-9.機器視覺基礎

機器視覺基礎-工業(yè)相機選型授課老師姓名目錄/Contents01020304相機組成相機分類相機接口相機參數(shù)05相機選用圖像采集單元圖像處理單元圖像處理軟件網(wǎng)絡通信裝置···等將光學圖像轉(zhuǎn)換為模擬/數(shù)字圖像，并輸出至圖像處理單元對圖像采集單元的圖像數(shù)據(jù)進行實時存儲，并在圖像處理軟件的支持下進行圖像處理在圖像處理單元硬件環(huán)境的支持下，完成圖像處理功能是智能相機的重要組成部分，完成控制信息、圖像數(shù)據(jù)的通信任務

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相機選型相機組成圖像采集單元（圖像傳感器）圖像傳感器是利用光電器件的光電轉(zhuǎn)換功能將感光面上的光像轉(zhuǎn)換為與光像成相應比例關(guān)系的電信號；圖像傳感器的分類：CCD?：電荷耦合器件（ChargedCoupledDevice）CMOS：互補性氧化金屬半導體（ComplementaryMetalOxideSemiconductor）

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相機選型相機組成

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相機選型相機分類

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相機選型相機分類CMOS

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相機選型相機分類

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相機選型相機分類線陣和面陣面陣相機實現(xiàn)的是像素矩陣拍攝，目前公司使用的大多數(shù)產(chǎn)品都是面陣相機線陣相機顧名思義是呈“線”狀的，雖然也是二維圖像，但極長，幾K的長度，而寬度卻只有幾個象素的而已一般上只在兩種情況下使用這種相機：（1）（2）被測視野為細長的帶狀，多用于滾筒上檢測的問題需要極大的視野或極高的精度；在第二種情況下（需要極大的視野或極高的精度），就需要用激發(fā)裝置多次激發(fā)相機，進行多次拍照，再將所拍下的多幅“條”形圖象，合并成一張巨大的圖。因此，用線陣型相機，必須用可以支持線陣型相機的采集卡。?線陣型相機價格貴，而且在大的視野或高的精度檢測情況下，其檢測速度也慢，線陣相機只用在極特殊的情況下。

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相機選型相機分類以XV系列30萬像素的CMOS單色相機為例，相機型號XV4-30ML例1：

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相機選型相機分類康耐視智能相機命名規(guī)則例2：可以從相機型號上看出相關(guān)信息：A

=系列 1=Micro系列 5=5000系列

7=7000系列

8=8000系列B=CPU速度 0=基本速度

1=4X基本速度 4=10X基本速度 6=20X基本速度C=ID專用（讀碼、OCV/OCR） 0=非專用ID 1=專用ID工具彩色相機則第四位后有“C”，如5100C-11、7402C-01…7402-01

ABCD-E1D=成像器分辨率 0=640x480/800*600 1=1024x768 2=1280x1024 3=1600x1200 4=線掃描（1Kx，最高8K）

5=2448x2048E=PatMax選項 0=PatMax未啟用 1=PatMax啟用

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相機選型相機分類接口指的是鏡頭與相機的連接方式。鏡頭和攝像機之間的接口有許多不同的類型，工業(yè)攝像機常用的包括C接口、CS接口、F接口、V接口、T2接口、徠卡接口、M42接口、M50接口等。接口類型的不同和鏡頭性能及質(zhì)量并無直接關(guān)系，只是接口方式的不同，一般可以也找到各種常用接口之間的轉(zhuǎn)接口。接口定義及類型C接口和CS接口是工業(yè)攝像機最常見的國際標準接口，為1-32UN美制螺紋連接口，C型接口和CS型接口的螺紋連接是一樣的，區(qū)別在于C型接口的后截距為17.5mm，CS型接口的后截距為12.5mm。所以CS型接口的攝像機可以和C口及CS口的鏡頭連接使用，只是使用C口鏡頭時需要加一個5mm的接圈；C型接口的攝像機不能用CS口的鏡頭。國際標準接口

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相機選型相機接口相機按電氣接口可分為Gige，poe，CameraLink，USB等

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相機選型相機接口像素亮度的等級示意圖256大部分圖像傳感器可以根據(jù)光強度將數(shù)據(jù)分為256個等級（8位）。在最基本的黑白處理中，黑色（純黑色）的數(shù)值為“0”，白色（純白色）的數(shù)值為“255”，其它處于兩者之間的顏色則根據(jù)光強度轉(zhuǎn)換成其它數(shù)值。換言之，CCD的每一個像素都有一個位于“0”（純黑色）與“255”（純白色）之間的數(shù)值。例如，對于黑、白各占一半的灰色，其數(shù)值為“127”。1270255

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相機選型相機參數(shù)CCD的圖像數(shù)據(jù)是構(gòu)成CCD各像素數(shù)據(jù)的集合；像素數(shù)據(jù)用256級濃淡數(shù)據(jù)加以表示。原圖像用2500個像素顯示的左圖放大眼睛部分后用256級數(shù)據(jù)加以表示眼睛中央部分較黑，周周較淡，因此中央部分的數(shù)值是“30”，周圍部分的數(shù)值是“90”

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相機選型相機參數(shù)CCD的圖像數(shù)據(jù)是構(gòu)成CCD各像素數(shù)據(jù)的集合；像素數(shù)據(jù)用256級濃淡數(shù)據(jù)加以表示。原圖像用2500個像素顯示的左圖放大眼睛部分后用256級數(shù)據(jù)加以表示眼睛中央部分較黑，周周較淡，因此中央部分的數(shù)值是“30”，周圍部分的數(shù)值是“90”

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相機選型相機參數(shù)眼睛中央部分較黑，周周較淡，因此中央部分的數(shù)值是“30”，周圍部分的數(shù)值是“90”

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相機選型相機參數(shù)掃描方式隔行掃描逐行掃描

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相機選型相機參數(shù)產(chǎn)品尺寸為65mm*30mm，檢測產(chǎn)品尺寸，精度要求±0.25mm，考慮到產(chǎn)品來料位置誤差，將視野適當放大，產(chǎn)品大小與檢測精度？產(chǎn)品大小與檢測精度決定相機分辨率視野=產(chǎn)品大小+產(chǎn)品來料位置偏差系統(tǒng)精度=檢測精度/10相機分辨率=視野/系統(tǒng)精度舉例說明！可選擇與之相近的200萬像素相機，分辨率為1600*1200，如IS5403、IS8402等。視野=75mm*40mm系統(tǒng)精度=0.5/10=0.05mm/pixel則相機長邊像素點=75/0.05=1500

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相機選型相機選型機器視覺基礎-光源選型授課老師姓名目錄/Contents010203光源概述光源分類光源選型照明對于工業(yè)機器視覺起著舉足輕重的作用。一個良好的照明方案往往能拯救一個項目。良好的打光不僅能夠決定項目的成敗，還能大幅減少算法的工作量。有的時候算法根本無法實現(xiàn)的項目，依靠特殊的打光技巧，往往就能四兩撥千斤。所以有的復雜打光方案是技術(shù)的核心。而想要做好打光工作，必須要有豐富的理論知識積累，還要有豐富的實戰(zhàn)經(jīng)驗。

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光源選型光源概述點光源

條形光面光源環(huán)形光

球積分光源同軸光按外形按顏色白色

紅色

藍色綠色

紅外

紫外按電壓12V 所有紅色與紅外24V 其他顏色不同顏色外形標準不同按亮度

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光源選型光源分類按顏色分類

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光源選型光源分類高角度環(huán)形光源通用型環(huán)形照明以同心方式排列的LED照射均勻的效果，適用于標準工件和應用命名/選型方式CCD/照明安裝圖照明結(jié)構(gòu)圖環(huán)光角度計算示意圖(角度指光線與垂直面的夾角)

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光源選型光源分類低角度環(huán)形光源低角度照射來強調(diào)邊緣低角度照明低角度照明為邊緣、凹陷或突出部分與其正常背景之間實現(xiàn)高對比度命名/選型方式CCD/照明安裝圖照明結(jié)構(gòu)圖環(huán)光角度計算示意圖(角度指光線與垂直面的夾角)

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光源選型光源分類底部發(fā)光背光源底部發(fā)光背光源背光照明能進行清晰的工件輪廓投影，從而執(zhí)行高精度檢測或部件區(qū)分命名/選型方式CCD/照明安裝圖照明結(jié)構(gòu)圖

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光源選型光源分類條形光源安裝位置和角度上擁有很高的靈活性適用于整個工件長度上的消除暈光和均一照明三排和六排顆粒命名/選型方式CCD/照明安裝圖照明結(jié)構(gòu)圖

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光源選型光源分類開孔型背光源燈珠均勻分布在四周經(jīng)過導光板形成擴散的光線均勻性好常應用在方形被測物體需要均勻的表面照明命名/選型方式CCD/照明安裝圖照明結(jié)構(gòu)圖

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光源選型光源分類同軸光源同軸垂直照明發(fā)射的平行光與CCD在同一光軸.上，這種照明類型具備高對比度，因為只有鏡面反射光才能反射回CCD,而來自凹陷或邊緣部分的漫反射光則不會CS系列和C系列相比較，光源體積較小，但是亮度較弱命名/選型方式CCD/照明安裝圖照明結(jié)構(gòu)圖應用1.高反光物體表面劃痕等缺陷檢測2.Mark點定位,激光打標字符,二維碼識別3.芯片和硅晶片的破損檢測4.LED表面缺陷檢測

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光源選型光源分類球積分光源命名/選型方式CCD/照明安裝圖照明結(jié)構(gòu)圖應用1.反光物體表面檢測2.表面不平整缺陷檢測3.食品、藥品外觀檢測4.煙盒、包裝印刷檢測提供擴散照明產(chǎn)生均一亮度的表面圓頂照明消除了標準照明所產(chǎn)生的陰影和反光不均(暈光)

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光源選型光源分類點光源LED點照明節(jié)省了空間，局部照射的點照明當點照明與同軸微距鏡頭一起使用時，高放大倍率下實現(xiàn)同軸照明效果命名/選型方式CCD/照明安裝圖照明結(jié)構(gòu)圖

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光源選型光源分類面光源

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光源選型光源分類觀察實驗法(LookandExperiment-最常用的)科學分析法(ScientificAnalysis-最有效的)

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光源選型光源選型觀察實驗法（1）準備工作測試樣品要豐富，要有不同種類的完好樣品及問題樣品，盡可能的讓樣品出現(xiàn)所有的問題，特別是要有最難檢測實際有問題的樣品；有多款備用測試光源，LED光源常見的幾大類，以及不同的顏色都要有。（2）環(huán)境要求分析a)從客戶那里了解對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運行的要求，確定工業(yè)相機、光源、被測物的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系。確定的參數(shù)有：視場(FOV),工作距離(WD)；b)空間結(jié)構(gòu)有:直射，側(cè)射，背部照射：直射結(jié)構(gòu)的光源—部分環(huán)形光源，同軸光源，圓頂光源；側(cè)射結(jié)構(gòu)的光源—部分環(huán)形光源，條形光源，線光源，點光源；背部照射—方形背光源，條形背光源。

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光源選型光源選型（3）物體表面紋理及顏色分析a)物體表面是曲面還是平面？物體表面是否光滑？反光是否很強？曲面檢測宜用圓頂光源，光滑平面宜用同軸光源，粗糙平面宜用明視場光源。b)物體的透光性怎樣？透光性好的物體可以用IR光源。c)分清背景(我們不需要檢測的)是什么顏色，前景(我們要檢測的)是什么顏色？好的光源就是有一個好的對比度——背景與前景很清楚。d)前景顏色多變化？宜用彩色光源及白色光源。

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光源選型光源選型（4）實物測試我們可以初步選定一款光源開始測試?？赡軙龅降膯栴}(與光源有關(guān))：1、前景亮度不夠？前景是什么顏色？建議換與前景顏色相同的光源測試。2、整個圖像亮度不夠？建議將光源靠近物體一些，或者采用頻閃，或者換波長短一些的光源。3、圖像泛白？建議降底光源亮度，或?qū)㈢R頭的光圈減小。4、圖像亮度不均勻？檢查光源放平?jīng)]有？

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光源選型光源選型科學分析法該方法主要是根據(jù)被測物表面特性以及要檢測的瑕疵特性等，從光源照射方向、角度、顏色等方面進行分析，用戶可結(jié)合之前兩篇文章中相關(guān)的介紹，當然即使經(jīng)過了分析，還是需要經(jīng)過實驗驗證。

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光源選型光源選型光源選型的技巧（1）需要前景與背景更大的對比度?–考慮用黑白相機與彩色光源。（2）環(huán)境光的問題?–嘗試用單色光源，配一個濾鏡。（3）閃光曲面?–嘗試用散射圓頂光。（4）閃光，平的，但粗糙的表面?–嘗試用同軸散射光。（5）看表面的形狀?–考慮用暗視場(低角度)。（6）檢測塑料的時候?–嘗試用紫外或紅外光。（7）需要通過反射的表面看特征?–嘗試用低角度線光源(暗視場)。（8）組合光源有時也能解決問題。（9）頻閃能夠產(chǎn)生比常亮照明20倍強的光。

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光源選型光源選型機器視覺基礎授課老師姓名目錄/Contents01020304機器視覺介紹機器視覺基本原理機器視覺系統(tǒng)組成機器視覺系統(tǒng)應用05機器視覺系統(tǒng)軟件平臺

由于機器視覺系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，而且易于自動處理，也易于同設計信息以及加工控制信息集成，因此，在現(xiàn)代自動化生產(chǎn)過程中，人們將機器視覺系統(tǒng)廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。機器視覺系統(tǒng)的特點是提高生產(chǎn)的柔性和自動化程度。在一些不適合于人工作業(yè)的危險工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場合，常用機器視覺來替代人工視覺：同時在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動化程度。而且機器視覺易于實現(xiàn)信息集成，是實現(xiàn)計算機集成制造的基礎技術(shù)。

機器視覺基礎機器視覺介紹什么是機器視覺？機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺系統(tǒng)是指通過機器視覺產(chǎn)品將被攝取目標轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號；圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設備動作。

機器視覺基礎機器視覺基本原理機器視覺系統(tǒng)五個特點：1精確性——由于人眼有物理條件的限制，在精確性上機器有明顯的優(yōu)點。即使人眼依靠放大鏡或顯微鏡來檢測產(chǎn)品，機器仍然會更加精確，因為它的精度能夠達到千分之一。重復性——機器可以以相同的方法一次一次的完成檢測工作而不會感到疲倦。與此相反，人眼每次檢測產(chǎn)品時都會有細微的不同，即使產(chǎn)品時完全相同的。速度——機器能夠更快的檢測產(chǎn)品。特別是當檢測高速運動的物體時，比如說生產(chǎn)線上，機器能夠提高生產(chǎn)效率.32345客觀性——人眼檢測還有一個致命的缺陷，就是情緒帶來的主觀性，檢測結(jié)果會隨工人心情的好壞產(chǎn)生變化，而機器沒有喜怒哀樂，檢測的結(jié)果自然非?？捎^可靠。成本——由于機器比人快，一臺自動檢測機器能夠承擔好幾個人的任務。而且機器不需要停頓、不會生病、能夠連續(xù)工作，所以能夠極大的提高生產(chǎn)效率。

機器視覺基礎機器視覺基本原理被測物光源I/O控制鏡頭相機圖像采集卡計算機

機器視覺基礎機器視覺系統(tǒng)組成測量（Measure）檢測（Inspect）定位（Locate）識別（Identify）測量（Measure）

機器視覺基礎機器視覺系統(tǒng)應用測量：長度測量

機器視覺基礎機器視覺系統(tǒng)應用測量：角度測量

機器視覺基礎機器視覺系統(tǒng)應用檢測：有無檢測

機器視覺基礎機器視覺系統(tǒng)應用檢測：殘次品檢測

機器視覺基礎機器視覺系統(tǒng)應用定位：內(nèi)部定位

機器視覺基礎機器視覺系統(tǒng)應用識別：讀碼

機器視覺基礎機器視覺系統(tǒng)應用識別：顏色識別

機器視覺基礎機器視覺系統(tǒng)應用

機器視覺基礎機器視覺系統(tǒng)軟件平臺

機器視覺基礎機器視覺系統(tǒng)軟件平臺

機器視覺基礎機器視覺系統(tǒng)軟件平臺

機器視覺基礎機器視覺系統(tǒng)軟件平臺

機器視覺基礎機器視覺系統(tǒng)軟件平臺

機器視覺基礎機器視覺系統(tǒng)軟件平臺

機器視覺基礎機器視覺系統(tǒng)軟件平臺機器視覺基礎-鏡頭選型授課老師姓名目錄/Contents010203鏡頭結(jié)構(gòu)鏡頭參數(shù)鏡頭選型根據(jù)監(jiān)視畫面進行光圈調(diào)整和調(diào)焦，可以得到“明亮、清晰”的圖像。照相機的鏡頭由多個鏡片和光圈/調(diào)焦裝置構(gòu)成鏡頭的組成：各個光學透鏡、光圈、對焦環(huán)、接口

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鏡頭選型鏡頭結(jié)構(gòu)鏡頭接口：連接相機和鏡頭的連接口

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鏡頭選型鏡頭結(jié)構(gòu)百萬像素低畸變鏡頭微距鏡頭廣角鏡頭遠心鏡頭顯微鏡頭根據(jù)有效像場的大小劃分1/3英寸攝像鏡頭、1/2英寸攝像鏡頭、2/3英寸攝像鏡頭、1英寸攝像鏡頭根據(jù)焦距劃分分為變焦鏡頭和定焦鏡頭。變焦就是焦距可變的鏡頭；定焦即焦距固定根據(jù)鏡頭和攝像機之間的接口分類工業(yè)攝像機常用的有C接口、CS接口、F接口、V接口、T2接口、徠卡接口、M42接口、M50接口等

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鏡頭選型鏡頭分類常用工業(yè)鏡頭標準接口為:C口，法蘭距17.526mmNikonF口,法蘭距46.5mmM42口，F(xiàn)B16mmM58口，F(xiàn)B11.48mmM72口,6.56mm,19.55,12mmM95口,9.4mm其他類型：

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鏡頭選型鏡頭結(jié)構(gòu)焦距？焦距是什么？焦距（f）是光學系統(tǒng)中衡量光的聚集或發(fā)散的度量方式，指從透鏡中心到光聚集之焦點的距離。

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鏡頭選型鏡頭參數(shù)光圈？光圈是什么？光圈是一個用來控制光線透過鏡頭，進入機身內(nèi)感光面光量的裝置，它通常是在鏡頭內(nèi)。表達光圈大小我們是用F/數(shù)值表示。公式：F=鏡頭焦距/鏡頭有效口徑(直徑)。最佳光圈一只鏡頭不是所有光圈的成像素質(zhì)都一樣的，也不是光圈全開就是鏡頭的最佳畫質(zhì)；在某一光圈范圍內(nèi)，其成像、銳利度、色彩等等方面是最好的，所以我們將其稱為“最佳光圈”

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鏡頭選型鏡頭參數(shù)視野！CCD芯片尺寸比例為4:3，當FOV長邊:短邊小于4:3時，用短邊來計算;大于4:3時，用長邊來計算;等于3時，長\短邊計算都可以

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鏡頭選型鏡頭參數(shù)工作距離實際應用中，在進行機械設計時應先考慮鏡頭工作距離，以降低成本！工作距離(WD)：指鏡頭前透鏡表面到對象

物的距離物像距離(O/I)：物體到相機芯片的距離O/I=WD+鏡頭長度+相機法蘭距

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鏡頭選型鏡頭參數(shù)分辨率！能被分辨開的兩個物點(或像點之間的最小距離單位為um.因此，判斷鏡頭分辨率與相機