1、2007年12月21日機(jī)器視覺基礎(chǔ)培訓(xùn)第二講1一、燈源簡(jiǎn)述：機(jī)器視覺系統(tǒng)工作的基本程序：取像 = 分析 = 結(jié)果輸出燈源：為確保視覺系統(tǒng)正常取像獲得足夠光信息而提供照明的裝置燈源的目的是將待測(cè)區(qū)域與背景明顯區(qū)分開將運(yùn)動(dòng)目標(biāo)“凝固”在圖象上增強(qiáng)待測(cè)目標(biāo)邊緣清晰度消除陰影抵消噪光燈源是一個(gè)視覺應(yīng)用開始工作的第一步適合的燈源可以提高系統(tǒng)檢測(cè)精度、運(yùn)行速度及工作效率2二、燈源分類：螢光燈鹵素?zé)?光纖導(dǎo)管LED光源其他（激光、紫外光等）3三、獲得完美圖象的6大要素#1：高系統(tǒng)精度系統(tǒng)精度（System accuracy）X方向系統(tǒng)精度（X方向象素值） 視野范圍（X方向） CCD芯片象素?cái)?shù)量（X方向）Y方

2、向系統(tǒng)精度（Y方向象素值） 視野范圍（Y方向 CCD芯片象素?cái)?shù)量（Y方向）該指標(biāo)取決于，相機(jī)分辨率及視野（FOV）FOV：100MM500 象素象素值 = 0.2 MM4三、獲得完美圖象的6大要素#1：高系統(tǒng)精度視野（FOV）：讓視覺系統(tǒng)“關(guān)心”的部分盡可能“充滿”視野。通俗來說，F(xiàn)OV越小越“好”。相機(jī)分辨率相同視野越小系統(tǒng)精度越高視野相同相機(jī)分辨率越高系統(tǒng)精度越高適合的視野不適合的視野調(diào)整系統(tǒng)關(guān)心的部分5三、獲得完美圖象的6大要素#2：清晰成象確定圖象中所要檢測(cè)的部分處于清晰的焦距之內(nèi)當(dāng)圖象中檢測(cè)部分不處于同一焦平面時(shí)，需要考慮鏡頭的景深注意：每一款鏡頭都有固定的“最短焦距”注意：每一款鏡

3、頭相對(duì)于固定的光圈，都有自己固定的景深注意：縮小光圈可以加大景深。同時(shí)為保證正確曝光需要提高光強(qiáng)注意：小光圈拍照，可以使圖象獲得更多“細(xì)節(jié)”，圖象效果更好6三、獲得完美圖象的6大要素#3：避免畸變?cè)诙ㄎ患案呔葴y(cè)量的系統(tǒng)中，鏡頭畸變的影響尤其重要真實(shí)世界鏡頭畸變產(chǎn)生的圖象7三、獲得完美圖象的6大要素#4：保持待測(cè)物體在成象中大小一致在定位及識(shí)別系統(tǒng)中，這一點(diǎn)尤為重要8三、獲得完美圖象的6大要素#5：圖象中待測(cè)部分反差最大化對(duì)于一個(gè)視覺系統(tǒng)來說，“黑白分明”的圖象才是好圖象待測(cè)部分9三、獲得完美圖象的6大要素#6：恰當(dāng)?shù)恼彰髋c曝光避免陰影如果圖象中待測(cè)區(qū)域處于陰影之下，圖象將不能提供足夠的反差，

4、這將嚴(yán)重影響系統(tǒng)檢測(cè)的精度避免過亮如果照明過亮，區(qū)域內(nèi)亮部的光線會(huì)反射進(jìn)暗部的區(qū)域，造成暗部區(qū)域內(nèi)的細(xì)節(jié)損失如果曝光過度，會(huì)產(chǎn)生CCD“溢出”現(xiàn)象避免光線變化如果照明系統(tǒng)發(fā)生明暗變化，會(huì)造成圖象明暗變化。這將直接影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性避免外界影響注意系統(tǒng)周圍環(huán)境的影響，如生產(chǎn)線上的照明系統(tǒng)、室外陽光等等可移動(dòng)的人或物會(huì)遮擋系統(tǒng)照明10三、獲得完美圖象的6大要素：小結(jié)#1：獲得完美圖象的6大要素及控制因素高系統(tǒng)精度?？刂埔蛩兀阂曇啊⑾鄼C(jī)分辨率。清晰成象。控制因素：鏡頭、燈源避免畸變。控制因素：鏡頭保持待測(cè)物體在成象中大小一致。控制因素：視野、拍照角度、待測(cè)物位置反差最大化?？刂埔蛩兀簾粼?、鏡頭恰當(dāng)

5、的照明與曝光?？刂埔蛩兀簾粼?、鏡頭小結(jié)#2：如何獲得完美圖象選擇適合的燈源、鏡頭、相機(jī)學(xué)會(huì)如何使用、控制燈源、鏡頭、相機(jī)11四、如何選擇鏡頭#1：技術(shù)因素鏡頭與相機(jī)匹配鏡頭接口是否為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，C/CS接口鏡頭成象面是否=相機(jī)CCD尺寸。若相機(jī)CCD為1/2“，而鏡頭為1/3”，則該鏡頭與相機(jī)不匹配系統(tǒng)工作空間鏡頭最短焦距是否適合系統(tǒng)工作空間注意鏡頭焦距與最短焦距間的關(guān)系系統(tǒng)精度獲取最佳視野鏡頭畸變對(duì)系統(tǒng)精度的影響鏡頭分辨率對(duì)系統(tǒng)精度的影響縱深成象待測(cè)物縱深方向的成象是否在鏡頭景深范圍之內(nèi)其他超大、超小物體檢測(cè)12四、如何選擇鏡頭2：常見鏡頭CCTV鏡頭專業(yè)攝影鏡頭遠(yuǎn)心鏡頭13四、如何選擇鏡

6、頭3：常見鏡頭對(duì)比CCTV鏡頭專業(yè)攝影鏡頭遠(yuǎn)心鏡頭價(jià)格低中高分辨率低（20L/MM）中（4080L/MM）高畸變高中低焦距選擇范圍廣泛25MM/75MM/50MM廣泛25MM/75MM/50MM狹窄使用靈活性高中低適合應(yīng)用低精度測(cè)量/簡(jiǎn)單檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)精度測(cè)量/定位高精度測(cè)量/縱深測(cè)量14五、如何選擇光源#1：背光測(cè)量系統(tǒng)的最佳選擇15五、如何選擇光源#2：亮場(chǎng)最直接的照明高角度照明16五、如何選擇光源#3：暗場(chǎng)適合光滑表面的照明低角度照明17五、如何選擇光源#4：結(jié)構(gòu)光法最簡(jiǎn)便的三維測(cè)量激光或線性光源固定角度照射三維深度信息18五、如何選擇光源#5：影子的利用最不直接的測(cè)量固定角度照射待測(cè)物長(zhǎng)度信

7、息待測(cè)物高度信息19五、如何選擇光源#6：同軸光昂貴的燈源固定角度照射50% 分束片20五、如何選擇光源#7：彩色的考慮三原色。光的三原色：紅、綠、藍(lán)；色彩三原色：青、紫、黃世界上所有顏色都是由三原色按不同比例組合而成三原色的色光疊加為白光。如：日光三原色的色彩疊加為黑色 紅、綠、藍(lán)三色為互補(bǔ)色。光照在物體上，物體只反射與自身顏色相同的色光；不同色光照在互補(bǔ)色物體上完全不反光。如：紅光照紅色物體，黑白相機(jī)成象物體為白色；紅光照綠色物體，黑白相機(jī)成象物體為黑色光的三原色色彩三原色21五、如何選擇光源#7：彩色的考慮22五、如何選擇光源#8：常用燈源分析螢光燈鹵素?zé)?光纖導(dǎo)管LED燈源價(jià)格低高中亮

8、度低高中穩(wěn)定性低中高閃光裝置無無有使用壽命中低高光線均勻度高中低多色光無無有復(fù)雜設(shè)計(jì)低中高溫度影響中低高23系統(tǒng)精度要求與相機(jī)分辨率：相機(jī)分辨率（X方向）最佳視野范圍（X方向） 理論象素值（X方向）相機(jī)分辨率（Y方向）最佳視野范圍（Y方向） 理論象素值（Y方向）理論象素值的得出，要由系統(tǒng)精度及亞象素綜合考慮系統(tǒng)速度要求與相機(jī)成象速度：系統(tǒng)單次運(yùn)行速度 = 系統(tǒng)成象速度 + 系統(tǒng)檢測(cè)速度 異步觸發(fā)快門速度六、如何選擇相機(jī)124亞象素（Sub Pixel）的概念亞象素：圖象分析軟件，可以使系統(tǒng)檢測(cè)精度達(dá)到象素單位以下。如：1/2象素亞象素對(duì)系統(tǒng)精度的影響亞象素在相機(jī)選型中的應(yīng)用測(cè)量（邊緣尋找算法）

9、定位（模版匹配算法）瑕疵（斑點(diǎn)分析）六、如何選擇相機(jī)225選型步驟：確定項(xiàng)目檢測(cè)方向：測(cè)量、檢測(cè)、定位。確定項(xiàng)目檢測(cè)要求：精度、速度、工作空間。根據(jù)項(xiàng)目檢測(cè)方向完成燈源選型根據(jù)項(xiàng)目精度要求確定最佳視野根據(jù)項(xiàng)目精度要求及工作空間要求完成鏡頭選型確定某款鏡頭、工作距離、根據(jù)項(xiàng)目精度要求及速度要求完成相機(jī)選型考慮系統(tǒng)硬件成本七、選型：26八、項(xiàng)目評(píng)估的基本步驟1客戶需求系統(tǒng)精度要求系統(tǒng)速度要求檢測(cè)項(xiàng)目條款檢測(cè)項(xiàng)目條款條款名稱及詳細(xì)說明系統(tǒng)工作空間要求初步了解視覺系統(tǒng)允許的工作空間系統(tǒng)速度要求清楚了解整個(gè)系統(tǒng)的速度要求對(duì)于設(shè)備制造商，還需要了解整個(gè)設(shè)備的工作流程系統(tǒng)工作空間要求系統(tǒng)精度要求詳細(xì)記錄每項(xiàng)

10、條款的精度要求27八、項(xiàng)目評(píng)估的基本步驟2燈源選型根據(jù)項(xiàng)目的檢測(cè)條款，選用適合的燈源鏡頭的選型系統(tǒng)精度要求系統(tǒng)工作空間要求相機(jī)選型系統(tǒng)精度要求系統(tǒng)速度要求項(xiàng)目評(píng)估鏡頭選型相機(jī)選型燈源選型項(xiàng)目試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)系統(tǒng)搭建，燈源、鏡頭、相機(jī)建立檢測(cè)程序原型記錄試驗(yàn)結(jié)果，精度、檢測(cè)時(shí)間28八、項(xiàng)目評(píng)估的基本步驟3條款回顧根據(jù)項(xiàng)目的檢測(cè)條款，逐條確定是否可以檢測(cè)精度回顧根據(jù)項(xiàng)目的檢測(cè)條款，逐條列出試驗(yàn)完成精度系統(tǒng)運(yùn)行速度記錄試驗(yàn)中系統(tǒng)運(yùn)行速度評(píng)估報(bào)告精度回顧系統(tǒng)運(yùn)行速度條款回顧系統(tǒng)硬件配置系統(tǒng)硬件配置記錄系統(tǒng)硬件配置。燈源、鏡頭、工作距離、光圈、相機(jī)、快門速度、電腦配置等29九、視覺系統(tǒng)分類 - PC式系統(tǒng)概

11、述待測(cè)目標(biāo)CCD相機(jī)鏡 頭燈源圖象采集卡電腦系統(tǒng)PCI地址總線燈源控制信號(hào)相機(jī)控制信號(hào)及電源模擬圖象信號(hào)數(shù)字圖象信號(hào)30智能相機(jī)（Smart Camera）嵌入式視覺系統(tǒng)（Embedded Vision System），或叫視覺傳感器（Vision Sensor）。大約于十年前出現(xiàn)在市場(chǎng)上九、視覺系統(tǒng)分類 - 智能相機(jī)的概述：“嵌入”31九、視覺系統(tǒng)分類 - 視覺系統(tǒng)選型PC式視覺系統(tǒng)嵌入式視覺系統(tǒng) 檢測(cè)速度強(qiáng)弱測(cè)量精度強(qiáng)弱多相機(jī)支持強(qiáng)弱閃光裝置強(qiáng)弱相機(jī)功能支持強(qiáng)弱用戶化功能支持強(qiáng)弱復(fù)雜運(yùn)算強(qiáng)弱系統(tǒng)成本弱強(qiáng)工作空間弱強(qiáng)操作難度弱強(qiáng)集成能力弱強(qiáng)穩(wěn)定性弱強(qiáng)32九、視覺系統(tǒng)分類 - 機(jī)器視覺未來發(fā)展

12、趨勢(shì)嵌入式視覺系統(tǒng)代表著機(jī)器視覺未來發(fā)展的主流嵌入式視覺通渠道 = 數(shù)碼相機(jī) + 處理器 + 視覺軟件包新的通訊方式，USB、 FIREWIRE1394、TCP/IP/等，使嵌入式視覺系統(tǒng)的通訊越來越簡(jiǎn)單方便。最終使嵌入式視覺系統(tǒng)克服難以支持多相機(jī)的缺陷體積小巧、設(shè)計(jì)靈活，使得嵌入式視覺系統(tǒng)可以以多種產(chǎn)品形式出現(xiàn)隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，嵌入式視覺系統(tǒng)終將發(fā)展成為完全的脫機(jī)系統(tǒng)由電池提供動(dòng)力，通過無線網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)送信號(hào)。 PC式視覺系統(tǒng)隨著微行計(jì)算機(jī)硬件水平的飛速成發(fā)展，或許將來PC式視覺系統(tǒng)可以在PDA上運(yùn)行隨著網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速度的提高，及CPU處理器的性能飛速發(fā)展，目前視覺系統(tǒng)獨(dú)立工作模式，或會(huì)演變

13、成為一種中心控制模式。相機(jī)與網(wǎng)絡(luò)中的一臺(tái)中心視覺系統(tǒng)相聯(lián)，中心系統(tǒng)根據(jù)每個(gè)相機(jī)的具體情況分別發(fā)出指令。 33用戶主界面：相機(jī)實(shí)時(shí)拍照?qǐng)D象系統(tǒng)實(shí)時(shí)分析情況圖象十、應(yīng)用系統(tǒng)軟件：34用戶主界面：檢測(cè)結(jié)果被測(cè)產(chǎn)品批量信息檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)軟件：PASS / FAILBGA_90*9035十一、通訊接口基本I/O通訊輸入信號(hào)1（SOT）（控制中心視覺系統(tǒng)）輸出信號(hào)1(Busy)（視覺系統(tǒng)控制中心）輸出信號(hào)2(Result)（視覺系統(tǒng)控制中心）輸入信號(hào)1（SOT）：設(shè)備將待測(cè)物放置在視覺系統(tǒng)的檢測(cè)視野下，發(fā)出此信號(hào)通知系統(tǒng)可以開始檢測(cè)。輸出信號(hào)1(Busy)：視覺系統(tǒng)收到SOT信號(hào)后對(duì)等測(cè)物進(jìn)行拍照，之后向設(shè)備發(fā)出此信號(hào)，通知設(shè)備拍照完畢輸出信號(hào)2(Result)：當(dāng)視覺系統(tǒng)完成檢