機(jī)器視覺基礎(chǔ)知識.ppt

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中國大恒 集團(tuán) 有限公司北京圖像視覺技術(shù)分公司 主講人 陳欣 機(jī)器視覺系統(tǒng)概述 提綱 機(jī)器視覺系統(tǒng)概述照明光源鏡頭工業(yè)攝像機(jī) 機(jī)器視覺系統(tǒng) 機(jī)器視覺是一門技術(shù) 該技術(shù)被廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)制造等行業(yè) 可用來保證產(chǎn)品質(zhì)量 控制生產(chǎn)流程 感知環(huán)境等 機(jī)器視覺系統(tǒng)是基于機(jī)器視覺技術(shù)為機(jī)器或自動化生產(chǎn)線建立的一套視覺系統(tǒng) 機(jī)器視覺vs人類視覺 機(jī)器視覺vs人類視覺 機(jī)器視覺系統(tǒng)作用 機(jī)器視覺技術(shù)功能 縮短產(chǎn)品進(jìn)入市場時間 100 檢測 100 質(zhì)量保證 提高產(chǎn)量 集成化生產(chǎn) 精確測量 改進(jìn)生產(chǎn)流程 及時過程監(jiān)控 機(jī)器視覺應(yīng)用領(lǐng)域 高速檢測精確機(jī)器人導(dǎo)航定位及配準(zhǔn)裝配檢測PCB檢測表面檢測紋理分析遙感 醫(yī)學(xué)圖像分析測量一維碼讀取OCR OCV匹配印刷檢測Blob分析 機(jī)器視覺應(yīng)用領(lǐng)域 光學(xué)行業(yè)紙制品藥物照相學(xué)和遙感印刷鐵路運輸監(jiān)控航空宇航造船無線通信交通木材等等 半導(dǎo)體汽車制造制陶業(yè)化學(xué)業(yè)電子部件及設(shè)備食品業(yè)玻璃業(yè)生命科學(xué)醫(yī)學(xué)鋼鐵礦業(yè) 機(jī)器視覺系統(tǒng)構(gòu)成 模擬相機(jī) 光源 CCD CMOS圖像傳感器 鏡頭 被測物體 模擬視頻流 攝像機(jī) 圖像采集卡 圖像 內(nèi)存中 數(shù)字圖像 應(yīng)用 結(jié)果 孔 半徑 1 2 3 3 147mm 3 052mm 2 785mm 機(jī)器視覺軟件 FGI O 機(jī)器視覺系統(tǒng)構(gòu)成 數(shù)字?jǐn)z像機(jī) 光源 CCD CMOS圖像傳感器 鏡頭 被測物體 圖像數(shù)據(jù) 數(shù)字?jǐn)z像機(jī) USB 1394a 1394b GigE CameraLink 圖像 內(nèi)存中 數(shù)字圖像 應(yīng)用 結(jié)果 孔 半徑 1 2 3 3 147mm 3 052mm 2 785mm 機(jī)器視覺軟件 FGI O 機(jī)器視覺系統(tǒng)構(gòu)成 智能攝像機(jī) 光源 CCD CMOS圖像傳感器 鏡頭 被測物體 模擬圖像數(shù)據(jù) 智能攝像機(jī) 圖像 內(nèi)存中 數(shù)字圖像 應(yīng)用 結(jié)果 孔 半徑 1 2 3 3 147mm 3 052mm 2 785mm 機(jī)器視覺軟件 FGI O 機(jī)器視覺市場 機(jī)器視覺系統(tǒng)中部件包括 光源 工業(yè)攝像機(jī) 圖像采集卡 鏡頭 圖像處理設(shè)備等 機(jī)器視覺市場包括 部件生產(chǎn)商代理商系統(tǒng)集成商 機(jī)器視覺系統(tǒng)組件 照明光源 照明光源 機(jī)器視覺系統(tǒng) 照明光源分類 高頻熒光燈 鹵素?zé)?LED燈 機(jī)器視覺系統(tǒng) 照明光源對比 LED光源特點 可制成各種形狀 尺寸及各種照射角度 可根據(jù)需要制成各種顏色 并可以隨時調(diào)節(jié)亮度 通過散熱裝置 散熱效果更好 光亮度更穩(wěn)定 使用壽命長 約3萬小時 間斷使用壽命更長 反應(yīng)快捷 可在10us或更短的時間內(nèi)達(dá)到最大亮度 電源帶有外觸發(fā) 可以通過計算機(jī)控制 起動速度快 可以用作頻閃燈 運行成本低 壽命長的LED 會在綜合成本和性能方面體現(xiàn)出更大的優(yōu)勢 可根據(jù)客戶的需要 進(jìn)行特殊設(shè)計 光源選型對成像影響實例 照明技術(shù) 亮視野與暗視野 暗視野 亮視野 雜散光 雜散光 直射光 直射光 照明技術(shù) 低角度照明 常應(yīng)用于檢測平滑表面上變化的部分如 劃痕 刀痕 邊緣 低角度照明應(yīng)用實例 照明技術(shù) 前向光直射照明 前向光直射照明示例 照明技術(shù) 前向光漫射照明 前向光漫射照明示例 前向光漫射照明示例 照明技術(shù) 背光照明 背光照明示例 照明技術(shù) 顏色與補色 顏色與補色示例 照明技術(shù) 偏光技術(shù)應(yīng)用 偏光技術(shù)應(yīng)用實例 照明技術(shù) 防外亂光技術(shù)應(yīng)用 機(jī)器視覺系統(tǒng)組件 鏡頭 鏡頭 成像尺寸 焦距與視場角 焦距與視場角 例如 使用HV1303UM拍攝視野為440mm 330mm拍攝距離為2500mm 常用公式 放大率物距像距焦距物高像高 鏡頭分辨率 分辨率單位 lp mm影響因素 鏡頭結(jié)構(gòu) 材質(zhì) 加工精度鏡頭的相對孔徑越大 分辨率越高光波長度 波長越短分辨率越高視場中心較邊緣分辨率高同檔次的固定焦距鏡頭較變焦鏡頭分辨率高短焦鏡頭一般邊緣分辨率較中心低 長焦鏡頭一般中心較邊緣分辨率低 理想光學(xué)系統(tǒng)的最小分辨距離b 0 61 nsin max其中 為光的波長n為像空間介質(zhì)折射率 max為像方孔徑角當(dāng)鏡頭對無限遠(yuǎn)成像 且像方為空氣時 近似計算公式 b 1 22 F其中 F為光圈數(shù) 遠(yuǎn)心鏡頭 鏡頭選型 分辨率焦距光圈景深成像尺寸視場角遠(yuǎn)心畸變 機(jī)器視覺系統(tǒng)組件 工業(yè)攝像機(jī) 工業(yè)攝像機(jī) 工業(yè)攝像機(jī)分類 按不同芯片類型劃分 1 CCD攝像機(jī)2 CMOS攝像機(jī) CCDSensor FullFrameArraySensor 優(yōu)點 填充因子 fillfactor 可以達(dá)到非常高 甚至達(dá)到100 這樣Sensor靈敏度非常大 缺點 由于傳輸和讀出使用的時鐘相同 因此Sensor上面的部分曝光時間比下面的長 這會造成Smear現(xiàn)象 為了解決這個問題 必須使用機(jī)械快門或閃光燈 CCDSensor FrameTransferSensor 解決了FullFrameArraySensor發(fā)生Smear現(xiàn)象的問題從感光部分轉(zhuǎn)移到屏蔽存儲區(qū)域的時間約為500us優(yōu)點 在曝光時間較長的情況下 Smear現(xiàn)象比FullFrameArraySensor小很多缺點 由于需要兩個Sensor 因此成本非常高 CCDSensor InterlineTransferSensors 轉(zhuǎn)移時間約為1us 因此完全不存在Smear現(xiàn)象 優(yōu)點 由于轉(zhuǎn)移時間非常短 因此不需要使用機(jī)械快門或閃光燈缺點 由于屏蔽區(qū)占用了Sensor的部分面積 因此使得此種傳感器填充因子只能在20 70 添加微鏡頭可以增加填充因子 Electronicshutter MicroLenses OverflowDrain主要用來消除CCDSensor的Blooming現(xiàn)象它也被用來實現(xiàn)電子快門通過MicroLenses可以將傳感器的填充因子提高 CCD可以從80 提高到約100 CMOS可以從30 提高到約80 CMOSSensor AOI 由于CMOS可直接訪問單個像素 因此在AOI非常小的情況下 CMOS與CCD相比 幀率上有較大的優(yōu)勢 CMOSSensor甚至可以將A D轉(zhuǎn)換集成到每個像素中去 在不使用AOI時幀率上也有優(yōu)勢 CCDvsCMOS CCDvsCMOS InterlacedScanvsProgressiveScan InterlacedScan ProgressiveScan RollingShuttervsGlobalShutter RollingShutter GlobalShutter 彩色攝像機(jī) 1 Bayer2 3CCD3 3Lines4 彩色攝像機(jī)效果對比 3CCD RawImage Bayer Difference 工業(yè)攝像機(jī)接口類型 模擬接口CameraLink1394a1394bUsb2 0GigEEthernet 工業(yè)攝像機(jī)接口類型 PCIvsPCI E PCIExpress采用的是點對點通信機(jī)制 各個插槽都將通過各自獨享的通道發(fā)送和接受數(shù)據(jù) 這樣就可以避免出現(xiàn)不同設(shè)備同時爭搶系統(tǒng)和CPU資源的情況 同步采集vs異步采集 工業(yè)攝像機(jī)選型 1 根據(jù)攝像機(jī)拍攝的視野以及系統(tǒng)需要達(dá)到的精度選擇分辨率2 根據(jù)拍攝對象運動與否選擇合適相機(jī)3 根據(jù)生產(chǎn)線速度選擇合適幀率4 根據(jù)相機(jī)接口類型以及相機(jī)數(shù)量選擇合適的采集卡 例如 某視覺檢測系統(tǒng)需要兩個檢測工位拍攝過程中工件不停止 兩個工位視野相同 均為400mm 300mm 要求檢測精度達(dá)到0 4mm以上 檢測速度大于每分鐘1000工件 回顧 簡單介紹了機(jī)器視覺系統(tǒng)以及機(jī)器視覺系統(tǒng)中幾個重要的組成部分 包括光源 鏡頭和攝像機(jī) 后面的培訓(xùn)中將按照產(chǎn)品類型進(jìn)行詳細(xì)介紹 并且將細(xì)致地介紹與某產(chǎn)品類型相關(guān)的技術(shù)細(xì)節(jié) 如模擬相機(jī) 1394傳輸協(xié)議 GigE傳輸協(xié)議 各種光源選型 HALCON功能介紹等等 ThankYouForYourAttention