機(jī)器視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)第一頁(yè)，共61頁(yè)。圖像傳感器圖像測(cè)量系統(tǒng)視覺(jué)檢測(cè)的主要應(yīng)用CCD照明、鏡頭、圖像傳感器、圖像采集、圖像處理尺寸測(cè)量、模式識(shí)別、目標(biāo)檢測(cè)、三維重構(gòu)…第二頁(yè)，共61頁(yè)。靈敏度分辨率信噪比光電轉(zhuǎn)換特性光譜響應(yīng)暗電流7-1圖像傳感器第三頁(yè)，共61頁(yè)。7-1圖像傳感器第四頁(yè)，共61頁(yè)。7-1圖像傳感器第五頁(yè)，共61頁(yè)。7-1圖像傳感器第六頁(yè)，共61頁(yè)?？刂浦袠?、圖像處理照明鏡頭、圖像傳感器圖像采集視頻信號(hào)第七頁(yè)，共61頁(yè)。

光源照明技術(shù)不同光源與照明技術(shù)效果舉例第八頁(yè)，共61頁(yè)。

方向

直射光：入射光基本上來(lái)自一個(gè)方向，入射角小，被照射物體有陰影；散射光：入射光來(lái)自多個(gè)方向，不會(huì)投射出明顯陰影。7-2-1照明第九頁(yè)，共61頁(yè)。

光譜光的組成成份，如日光由從紫外到紅外的所有光譜組成。取決于光源的類(lèi)型和光學(xué)濾色鏡?？梢?jiàn)光光譜如圖所示：7-2-1照明

第十頁(yè)，共61頁(yè)。

強(qiáng)度光照強(qiáng)度會(huì)影響攝像頭的曝光，光線不足會(huì)造成對(duì)比度降低，噪聲過(guò)大；光線過(guò)強(qiáng)會(huì)造成圖像飽和，能量浪費(fèi)以及散熱等問(wèn)題。

均勻性在所有機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用中，都要求均勻的光照。照射強(qiáng)度會(huì)隨距離和角度偏離而減小，需要特別考慮。7-2-1照明第十一頁(yè)，共61頁(yè)。

光源的種類(lèi)按發(fā)光器件：鹵素等、熒光等、LED燈、氙（xian）燈等；按幾何形狀：環(huán)形、方形、長(zhǎng)條型燈；按發(fā)光特性：點(diǎn)光源、線光源、面光源等；按照射角度：直射、間接、同軸、平行等。LED燈：顏色豐富、發(fā)光效率高、響應(yīng)速度快、體積小、發(fā)熱小、功耗低、發(fā)光穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)、易于組成不同形狀的光源，是重要的光源發(fā)展趨勢(shì)。7-2-1照明

第十二頁(yè)，共61頁(yè)。7-2-1照明

第十三頁(yè)，共61頁(yè)。LED光源（CCS公司）7-2-1照明

第十四頁(yè)，共61頁(yè)。7-2-1照明第十五頁(yè)，共61頁(yè)。

正向照明鏡面：光線直接反射進(jìn)入鏡頭；離軸照明：光源在鏡頭軸線側(cè)面、避開(kāi)了鏡面反射；半漫射照明：光照較均勻，如環(huán)形光；漫射照明：光線來(lái)自所有方向，鏡面反射最少；黑場(chǎng)：光線與鏡頭視線方向垂直。

背光照明漫射式：光源+平板，背面照射；凝聚式：使用鏡頭將光線集中于一個(gè)方向；黑場(chǎng)：適用于檢測(cè)透明物體中的裂痕、氣泡等。7-2-1照明第十六頁(yè)，共61頁(yè)。

高角度亮場(chǎng)與低角度暗場(chǎng)光照強(qiáng)、較均勻光滑表面的文字、傷痕等紋理檢測(cè)7-2-1照明

第十七頁(yè)，共61頁(yè)。

從邊上的黑場(chǎng)照明最適合凹凸不平表面及表面缺陷，缺點(diǎn)是陰影太大。7-2-1照明

第十八頁(yè)，共61頁(yè)。

用明視野和暗視野照明對(duì)比7-2-1照明

第十九頁(yè)，共61頁(yè)。

用碗狀照明消除暈眩光7-2-1照明

第二十頁(yè)，共61頁(yè)。

用透射光檢查物體的有無(wú)7-2-1照明

第二十一頁(yè)，共61頁(yè)。

光源的顏色差異中心部有銀色涂層的銅框架7-2-1照明第二十二頁(yè)，共61頁(yè)。

紅外線照明7-2-1照明

第二十三頁(yè)，共61頁(yè)。

紅外線照明7-2-1照明

第二十四頁(yè)，共61頁(yè)。

紫外線照明7-2-1照明

第二十五頁(yè)，共61頁(yè)。

偏振光照明7-2-1照明

第二十六頁(yè)，共61頁(yè)。

偏振光照明圖②鏡子上灰塵指??；圖③鏡子上油脂指印；圖④光盤(pán)上油脂指印7-2-1照明

第二十七頁(yè)，共61頁(yè)。

偏振光照明8-2-27-2-1照明

第二十八頁(yè)，共61頁(yè)。1一個(gè)典型的機(jī)器視覺(jué)圖像測(cè)量系統(tǒng)包括哪些環(huán)節(jié)？2光源的種類(lèi)有哪些？為了得到更適合于測(cè)量目的的圖像，光源的投射方式分別有哪些？第二十九頁(yè)，共61頁(yè)。

鏡頭的視野、景深和焦距示意圖第三十頁(yè)，共61頁(yè)。

基本概念成像面：被測(cè)物及其背景通過(guò)鏡頭投影到二維圖像傳感器平面，一般是長(zhǎng)寬比為4:3的矩形；視野（FieldofView，F(xiàn)OV）：與成像面對(duì)應(yīng)的景物平面范圍；工作距離（WorkDistance，WD）：被測(cè)物到物鏡的距離；景深：以鏡頭最佳聚焦WD為中心，前后存在一個(gè)范圍，在此范圍內(nèi)的物體能夠清晰成像，這個(gè)范圍被稱(chēng)為景深（DepthofView，DOV）焦距第三十一頁(yè)，共61頁(yè)。

物鏡的焦距ff可以短到幾毫米，長(zhǎng)達(dá)數(shù)十米；變焦距鏡頭可以通過(guò)調(diào)節(jié)焦距獲得不同的放大倍數(shù)。

相對(duì)孔徑F=D/f（光圈）D是鏡頭中光線能通過(guò)的有效圓孔直徑,即入瞳，D越大，收集的光線越多；如f=50mm，D=8.9mm，則相對(duì)孔徑F=8.9/50=1/5.6；鏡頭上以1/F表示光圈值，光圈每增加一檔，光照度增加一倍；光圈越小，景深越長(zhǎng)。為了獲得較大景深的清晰圖像，可以采取加大光強(qiáng)，減小光圈的方法。8-2-27-2-2鏡頭

第三十二頁(yè)，共61頁(yè)。

PMAG：鏡頭的放大倍數(shù)7-2-2鏡頭第三十三頁(yè)，共61頁(yè)。

如何選擇焦距WD：工作距離Ho：視野的高度Hi：相機(jī)有效成像面高度PMAG：鏡頭的放大倍數(shù)7-2-2鏡頭第三十四頁(yè)，共61頁(yè)。

物距WD、放大倍數(shù)PMAG和焦距f的關(guān)系

利用上式可通過(guò)被測(cè)物尺寸（Ho）、物距（WD）和像平面高度（Hi）計(jì)算出所需鏡頭的焦距f。7-2-2鏡頭第三十五頁(yè)，共61頁(yè)。

普通鏡頭選擇步驟：獲得物體至鏡頭的距離WD，如果是一個(gè)范圍，取中間值；計(jì)算圖像放大倍數(shù)PMAG；利用公式計(jì)算所需的焦距；選取與計(jì)算值最接近的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭產(chǎn)品，并取其焦距值；根據(jù)所選鏡頭焦距重新核算鏡頭到物體的距離WD。舉例：物體至鏡頭的距離在10cm~30cm范圍內(nèi)，取WD=20cm。設(shè)視場(chǎng)高度為6cm，傳感器成像面高度為6.6mm，則鏡頭放大倍數(shù)為：7-2-2鏡頭

第三十六頁(yè)，共61頁(yè)。計(jì)算所需鏡頭焦距：標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距：8mm、12.5mm、16mm、25mm和50mm16mm鏡頭的焦距最接近計(jì)算值，使用該值重新計(jì)算WD：7-2-2鏡頭

第三十七頁(yè)，共61頁(yè)。按等效焦距廣角鏡頭：景深大，WD短，視角大，易出現(xiàn)桶形失真；長(zhǎng)焦距鏡頭：WD大，放大倍數(shù)大，易出現(xiàn)枕形失真；中焦距鏡頭：f約在50mm和200mm之間，最常用鏡頭；按鏡頭所具有的功能變焦距鏡頭（自動(dòng)調(diào)焦）變光圈鏡頭（自動(dòng)光圈）遠(yuǎn)心鏡頭：可以產(chǎn)生正交投影拍攝效果；微距鏡頭：拍攝微小物體，放大倍數(shù)在0.25~2之間。顯微鏡頭：成像比例大于10倍。紫外鏡頭、紅外鏡頭：專(zhuān)門(mén)針對(duì)紫外光或紅外光折射特性設(shè)計(jì)的鏡頭。7-2-2鏡頭第三十八頁(yè)，共61頁(yè)。視頻信號(hào)是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的關(guān)鍵，關(guān)系到攝像機(jī)和采集卡的配合、視頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試等。分為黑/白和彩色兩大類(lèi)，又分為模擬和數(shù)字視頻。模擬視頻分為標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)視頻，數(shù)字視頻包含多種數(shù)字格式。標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)的周期、時(shí)間間隔、幅度等有明確規(guī)定，又稱(chēng)為閉路電視CCTV（ClosedCircuitTelevision）。非標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)多用于工業(yè)、醫(yī)學(xué)、儀器等領(lǐng)域的視覺(jué)系統(tǒng)。黑/白彩色使用地區(qū)RS-170NTSC北美、日本、臺(tái)灣等CCIRPAL歐洲、中國(guó)等7-2-3視頻

第三十九頁(yè)，共61頁(yè)。

信號(hào)掃描方式：逐行掃描和隔行掃描

隔行掃描隔行的幀圖像和奇偶場(chǎng)圖像之間的關(guān)系7-2-3視頻第四十頁(yè)，共61頁(yè)。

圖像采集卡（ImageGrabber）又稱(chēng)為圖像卡，將傳感器輸出的圖像視頻信號(hào)以幀為單位傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)或顯示。7-2-3視頻

第四十一頁(yè)，共61頁(yè)。濾波技術(shù)圖像增強(qiáng)邊緣檢測(cè)特征提取圖像壓縮圖像編碼……第四十二頁(yè)，共61頁(yè)。二、模式識(shí)別技術(shù)五、缺陷檢測(cè)技術(shù)一、尺寸測(cè)量技術(shù)六、圖像融合技術(shù)四、三維重構(gòu)技術(shù)三、目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤技術(shù)第四十三頁(yè)，共61頁(yè)。長(zhǎng)度面積圓線弧角度…測(cè)量對(duì)象最小二乘Hough變換區(qū)域標(biāo)記輪廓矢量曲率識(shí)別Harris角點(diǎn)…測(cè)量方法第四十四頁(yè)，共61頁(yè)。

長(zhǎng)度測(cè)量——齒長(zhǎng)測(cè)量1,在工件圖中設(shè)置待測(cè)齒長(zhǎng)區(qū)域；2,對(duì)區(qū)域內(nèi)的圖像進(jìn)行邊緣提??；3,對(duì)提取到的邊緣進(jìn)行逐行掃描，分別獲得其上、下兩條邊的邊緣點(diǎn)；4,根據(jù)得到的邊緣點(diǎn)分別擬合出上、下兩條邊的直線；5,計(jì)算兩條直線間的距離作為齒長(zhǎng)結(jié)果。第四十五頁(yè)，共61頁(yè)。

長(zhǎng)度測(cè)量——線段測(cè)量

通過(guò)Harris角點(diǎn)法確定角點(diǎn)；通過(guò)輪廓提取法得到邊緣；結(jié)合輪廓信息對(duì)角點(diǎn)精確定位；計(jì)算線段長(zhǎng)度。

第四十六頁(yè)，共61頁(yè)。

圓測(cè)量單圓測(cè)量：最小二乘法、Hough變換法和加速算法（首先通過(guò)圓面積測(cè)量求出圓半徑）。方法半徑像素值誤差測(cè)量時(shí)間最小二乘法68.50.48%30msHough變換法68.90.18%18328ms改進(jìn)Hough變換法68.90.18%531ms圓的擬合第四十七頁(yè)，共61頁(yè)。角度測(cè)量——根據(jù)前述方法得到每段直線段方程，根據(jù)斜率即可得到夾角。

第四十八頁(yè)，共61頁(yè)。指對(duì)圖像中各種物理對(duì)象的分類(lèi)與描述技術(shù)，包括字符識(shí)別、條碼識(shí)別、車(chē)牌識(shí)別、工件識(shí)別和醫(yī)學(xué)圖像識(shí)別等。字符識(shí)別：印刷體① 掃描輸入文本圖像；② 圖像的預(yù)處理，包括傾斜校正和濾除干擾噪聲等；③ 圖像版面的分析和理解；④ 圖像的行切分和字切分；⑤ 基于單字圖像的特征選擇和提??；⑥ 基于單字圖像特征的模式分類(lèi)；⑦ 將被分類(lèi)的模式賦予識(shí)別結(jié)果。第四十九頁(yè)，共61頁(yè)。第五十頁(yè)，共61頁(yè)。目標(biāo)跟蹤技術(shù)——指對(duì)圖像序列中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)、提取、識(shí)別和跟蹤，獲得運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，如位置、速度、加速度以及運(yùn)動(dòng)軌跡等，從而進(jìn)行下一步的處理與分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的行為理解。主要應(yīng)用：行人跟蹤、車(chē)輛跟蹤、智能交通和安全監(jiān)控等；分類(lèi)：靜態(tài)背景下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、動(dòng)態(tài)背景下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)；第五十一頁(yè)，共61頁(yè)。靜態(tài)背景下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)：相鄰幀間差分法：取相鄰兩幀圖像間灰度差異較大的區(qū)域背景差分法：預(yù)先建立背景模型，需要經(jīng)常更新背景。常用的非回歸型背景建模法包括中值濾波和基于統(tǒng)計(jì)理論背景恢復(fù)，常用的回歸型背景建模法包括近似中值濾波、卡爾曼濾波和混合高斯濾波。第五十二頁(yè)，共61頁(yè)。檢測(cè)實(shí)例

（a）圖像序列第187幀（b）187幀時(shí)的背景圖（c）差分圖像二值化

（d）腐蝕運(yùn)算結(jié)果（e）膨脹運(yùn)算結(jié)果（f）目標(biāo)標(biāo)定結(jié)果第五十三頁(yè)，共61頁(yè)。接觸式與非接觸式三維測(cè)量（a）三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) （b）機(jī)械測(cè)量臂第五十四頁(yè)，共6