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1、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)?？捎脕肀ＷC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(shí)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(shí)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
2、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(yùn)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,
3、數(shù)字圖像,應(yīng)用,結(jié)果,孔,半徑,1,2,3,3.147 mm,3.052 mm,2.785 mm,,,,,,,機(jī)器視覺軟件,,,FG I/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,1,2,3,3.147 mm,3.052 mm,2.785 mm,,,,
4、,,,機(jī)器視覺軟件,,,FG I/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,1,2,3,3.147 mm,3.052 mm,2.785 mm,,,,,,,機(jī)器視覺軟件,,,FG I/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
5、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(diǎn),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(shí)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(shí)，間斷使用壽命更長）； 反應(yīng)快捷，可在10us或更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到最大亮度； 電源帶有外觸發(fā)，可以通過計(jì)算機(jī)控制，起動速度快，可以用作頻閃燈； 運(yùn)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(jì)。,光源選型對成像影響實(shí)例,照明技術(shù)：亮視野
6、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(shí)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(bǔ)色,顏色與補(bǔ)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(shí)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
7、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)/nsinmax 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(shí)（近似計(jì)算公式） b = 1.22 F 其中，F(xiàn)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
8、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),CCD SensorFull Frame Array Sensor,,優(yōu)點(diǎn)：填充因子(fill factor)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(diǎn)：由于傳輸和讀出使用的時(shí)鐘相同，因此Sensor上面的部分 曝光時(shí)間比下面的長，這會造成Smear現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問題， 必須使用機(jī)械快門或閃光燈。,CCD SensorFrame Transfer Sensor,,解決了Full Frame Array Sensor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(shí)間
9、約為500us 優(yōu)點(diǎn)：在曝光時(shí)間較長的情況下，Smear現(xiàn)象比Full Frame Array Sensor小很多 缺點(diǎn)：由于需要兩個(gè)Sensor，因此成本非常高,CCD SensorInterline Transfer Sensors,,轉(zhuǎn)移時(shí)間約為1us，因此完全不存在Smear現(xiàn)象。 優(yōu)點(diǎn)：由于轉(zhuǎn)移時(shí)間非常短，因此不需要使用機(jī)械快門或閃光燈 缺點(diǎn)：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,,Electronic shutter & Micro Lenses,,,,Overflow Drain主要用來消除 CCD Se
10、nsor的Blooming現(xiàn)象 它也被用來實(shí)現(xiàn)電子快門 通過Micro Lenses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%,CMOS Sensor,,,AOI,,,由于CMOS可直接訪問單個(gè)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。 CMOS Sensor甚至可以將A/D轉(zhuǎn)換集成 到每個(gè)像素中去，在不使用AOI時(shí)幀率 上也有優(yōu)勢,CCD vs CMOS,,,CCD vs CMOS,,,Interlaced Scan vs Progressive Scan,,,Interlaced Scan,P
11、rogressive Scan,Rolling Shutter vs Global Shutter,,,Rolling Shutter,Global Shutter,彩色攝像機(jī),1.Bayer 2.3CCD 3.3Lines 4. ,,彩色攝像機(jī)效果對比,,3CCD,Raw Image,Bayer,Difference,工業(yè)攝像機(jī)接口類型,模擬接口 CameraLink 1394a 1394b Usb2.0 GigE Ethernet ,工業(yè)攝像機(jī)接口類型,PCI vs PCI-E,PCI Express采用的是點(diǎn)對點(diǎn)通信機(jī)制，各個(gè)插槽都將通過各自 獨(dú)享的通道發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，這樣就可以避免出現(xiàn)
12、不同設(shè)備同 時(shí)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(yùn)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(gè)檢測工位 拍攝過程中工件不停止。 兩個(gè)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(gè)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。,Thank You For Your Attention!,
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