機器視覺基礎(chǔ)Copyright@蘇州中科行智智能科技有限公司公司官網(wǎng)：中科行智產(chǎn)品培訓之INTRODUCTION1相

機2鏡頭3光源CONTENTS目錄相機1相機類型相機參數(shù)與選型相機采圖和接線方式1.相機類型CCD相機

CCD（電耦合元件）是一種半導體器件，能夠把光學影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。以其構(gòu)成的CCD相機具有體積小、重量輕、不受磁場影響、具有抗震動和撞擊之特性而被廣泛應(yīng)用。CMOS相機采用CMOS(互補金屬氧化物半導體)傳感器的相機。CCD造價貴，且基本已停產(chǎn)，市面上主流是CMOS芯片2d相機芯片——CCDvsCMOS1.相機類型2d相機顏色——黑白vs彩色黑白相機

黑白相機直接將光強信號轉(zhuǎn)換成圖像灰度值，生成的是灰度圖像。彩色相機

彩色相機能獲得景物中紅、綠、藍三個分量的光信號，輸出彩色圖像。彩色相機能夠提供比黑白相機更多的圖像信息。1.彩色相機一般會有濾光片，濾除近紅外光。2.彩色相機在算法處理時也是分通道轉(zhuǎn)灰度圖進行處理。1.相機類型2d相機像素排列——面陣vs線掃面陣相機

陣列排列，陣列中的每個感光單元對應(yīng)一個像素，被拍攝的目標的一個

面被成像，目標與相機之間可以是靜止的，也可以是相對運動的。

可以在短時間內(nèi)曝光、一次性獲取完整的目標圖像，具有測量圖像直觀

的優(yōu)勢，常應(yīng)用于測量目標物體的形狀、尺寸與缺陷等信息。線陣相機感光單元排列是一維的，每次曝光僅是目標上的一條線被成像，形成一行圖像，隨著目標物體與相機之間的相對運動，相機連續(xù)曝光，最后形成一幅二維圖像。

幅面寬，像元尺寸較靈活，行頻高，常應(yīng)用于一維動態(tài)目標的測量，如需要極大的視野或極高的精度或被測視野為細長的帶狀，多用于滾筒上檢測的問題。面陣相機拍整幅視野，線掃相機需搭配平移、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)使用1.相機類型3d相機——結(jié)構(gòu)光vs線激光結(jié)構(gòu)光相機

3D結(jié)構(gòu)光相機獲取物體被結(jié)構(gòu)光條紋調(diào)制的二維圖像，再從包含變形條紋的二維像中通過數(shù)字重建方法得到物體的三維數(shù)字像，如下圖1-3所示。高精度、多角度還原3D數(shù)據(jù)模型，高速準確的3D點云重建。線激光相機線激光技術(shù)和結(jié)構(gòu)光技術(shù)都是基于三角測量原理，區(qū)別在于線激光需要配合高精度運動平臺才能獲得完整的點云數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)光可以一次性獲得整個被測物體的點云數(shù)據(jù)，不需要其它的運動裝置，效率更高。缺點是Z軸的精度沒有線激光高。結(jié)構(gòu)光相機拍整幅視野，線激光相機需搭配運動機構(gòu)使用2.相機參數(shù)分辨率?

定義：相機能夠捕捉到的細節(jié)度稱為分辨率，用像素來衡量。相機的像素越多，能夠拍攝的細節(jié)也就越多，照片也就可以越大而不變得產(chǎn)生模糊。?

面陣相機常見的分辨率有：30萬—640x480，130萬—1280x1024，500萬—2448x2048，1200萬—4096x3000，2000萬—5472x3648等等?

線陣相機常見的分辨率有：1K—1024,2K—2048,4K—4096,8K—8192,16K—16384&16352等等面陣相機分辨率常用nMP（millionpixel）表示，線陣相機分辨率常用nK表示。2.相機參數(shù)?

定義：像元是相機芯片的最小組成單位，像元尺寸就是每個像元的面積。?

單個像素面積小，單位面積內(nèi)的像素數(shù)量多，相機的分辨率增加，利于對細小缺陷的檢測和增大檢測視場。?

數(shù)字相機像元尺寸為3μm~10μm，一般像元尺寸越小，制造難度越大，圖像質(zhì)量也越不容易提高。1.像元尺寸越小，對鏡頭分辨率要求越高。2.像元尺寸越小，芯片感光效果越差。像元尺寸2.相機參數(shù)靶面尺寸?

定義：指相機芯片對角線尺寸，又稱靶面尺寸，單位為英寸（“）。1英寸——靶面尺寸為寬12.7mm*高9.6mm，對角線16mm。（3:4:5)2/3英寸——靶面尺寸為寬8.8mm*高6.6mm，對角線11mm。1/2英寸——靶面尺寸為寬6.4mm*高4.8mm，對角線8mm。1/3英寸——靶面尺寸為寬4.8mm*高3.6mm，對角線6mm。1/4英寸——靶面尺寸為寬3.2mm*高2.4mm，對角線4mm。1”2/3”1/1.8”1/2”1/3”1/4”不同于正常的單位換算，在工業(yè)相機領(lǐng)域中1“=16mm。2.相機參數(shù)曝光方式?

全局快門（Global）：光圈打開后，整個圖像芯片同時曝光。曝光時間與機械的開關(guān)速度有關(guān)，適合拍動態(tài)物體。?

卷簾快門（Rolling）：同一行上的像素同時曝光，不同行的曝光起始時間不同，每行的曝光時間是相同的，行間的延遲不變，適用于拍攝靜態(tài)物體。1.在飛拍項目中，由于產(chǎn)品處于運動狀態(tài)，相機曝光時間如果過大，也會造成圖像拖影，此時可用以下公式計算：最大曝光時間*運動速度<像素精度（視野/分辨率）。當最大曝光時間很小時，鏡頭通光量也會很小，這時需要考慮增大鏡頭光圈或提升光源亮度的方式進行增亮。全局快門卷簾快門2.相機參數(shù)幀率&像素深度?

幀率定義：相機采集傳輸圖像的速率，對于面陣相機一般為每秒采集的幀數(shù)，對于線陣相機為每秒采集的行數(shù)。?

幀率屬性見于面陣相機（單位fps），行頻屬性見于線掃相機（單位Hz）。?

像素深度定義：每位像素數(shù)據(jù)的位數(shù)，單位為bit。分辨率和像素深度共同決定了圖像的大小。例如對于像素深度為32bit的500萬像素，則整張圖片應(yīng)該有500W*32/8/1024/1024=19M。增加像素深度可以增強測量的精度，但同時也降低了系統(tǒng)的速度，并且提高了系統(tǒng)集成的難度。(注：1MB=1024KB、1KB=1024Byte、1Byte=8bit)使用ROI可以適當提升幀率2.相機參數(shù)放大倍率&像素精度?

放大倍率定義：靶面/視野。如10mmx7.5mm的視野，使用5MP卷簾相機，其靶面尺寸為5.7mmx4.3mm，則放大倍率=5.7/10=4.3/7.5=0.57X。?

像素精度定義：視野/分辨率。如10mmx7.5mm的視野，使用5MP卷簾相機，其分辨率為2592x1944，則像素精度=10/2592=7.5/1944=3.86μm。?

由于芯片尺寸=分辨率x像元尺寸，故像素精度計算公式還可以為：像元尺寸/放大倍率。如使用5MP卷簾相機，其像元尺寸為2.2μm，當放大倍率為0.57X時，其像素精度=2.2/0.57=3.86μm。1、使用遠心鏡頭時，由于其放大倍率固定，常用像元尺寸/放大倍率來計算像素精度。2、一般項目中遇到AI缺陷檢測，比如最小缺陷檢測標準0.2mm，那么像素精度需要降一個數(shù)量級，即至少達到0.02mm；尺寸檢測，比如產(chǎn)品長寬公差0.1mm，如果沒有其他指標的情況下，一般精度也按照1/10公差來選型，即0.01mm。2.相機參數(shù)數(shù)據(jù)接口2.相機參數(shù)相機選型3.相機采圖和接線方式采圖打開電腦上的控制面板，依次點擊網(wǎng)絡(luò)和Internet>網(wǎng)絡(luò)和共享中心>更改適配器配置，選擇對應(yīng)的網(wǎng)卡，建議將PC的網(wǎng)口配置成使用靜態(tài)IP地址，相較動態(tài)IP可縮短設(shè)備搜索時間。為保證客戶端的正常運行以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，在使用客戶端軟件前，需要對PC環(huán)境進行設(shè)置。一般都需要關(guān)閉防火墻；開啟網(wǎng)卡巨幀3.相機采圖和接線方式采圖完成相機和客戶端的安裝后，在設(shè)備列表中，若相機為不可達狀態(tài)，則需要手動設(shè)置相機IP。具體如下：1.雙擊狀態(tài)為不可達的相機名稱，界面將彈出“修改IP地址”對話框。2.在“修改IP地址”對話框中，選擇“靜態(tài)IP”，參照相機可達的網(wǎng)段（圖2-6紅框所示），設(shè)置相機的“IP地址”、“子網(wǎng)掩碼”以及“默認網(wǎng)關(guān)”，單擊“確定”，如圖2-6所示。3.相機采圖和接線方式1、以?？迪鄼CCA050-10GM為例，接電源對應(yīng)管腳1和6，觸發(fā)輸入對應(yīng)管腳2和5，不同家買的電源線序顏色可能不同，可看具體對應(yīng)管腳說明。接線方式3.相機采圖和接線方式1、以海康相機CA050-10GM為例接線方式3.相機采圖和接線方式接線方式3.相機采圖和接線方式1、一般?？迪鄼C軟件，觸發(fā)源默認line0，觸發(fā)極性默認上升沿，因此觸發(fā)設(shè)置只需將Mode改為On。接線方式鏡頭2鏡頭參數(shù)鏡頭類型與選型鏡頭調(diào)試方式鏡頭配件1.鏡頭參數(shù)接口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。C接口和CS接口是工業(yè)攝像機最常見的國際標準接口，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。1.鏡頭參數(shù)接口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；鏡頭與相機的安裝如果缺少或者多加了5mm的延長管，將有可能出現(xiàn)圖像模糊，成不了清晰的圖像。C型接口的攝像機不能用CS口的鏡頭。1.鏡頭參數(shù)工作距離定焦鏡頭：需要自己計算或者實際測量出所需要的工作距離遠心鏡頭：固定工作距離，查看產(chǎn)品手冊即可，一般鏡頭標簽上會注明工作距離（WorkingDistance）：一般指鏡頭前端到被測物體的距離，小于最小工作距離一般不能清晰成像。1.鏡頭參數(shù)焦距和視場角定焦鏡頭：按照焦距選型遠心鏡頭：按照倍率來選型焦距：指主點到焦點的距離，決定了像與實際物體之間的比例。視場角：鏡頭的視場角決定了能夠被覆蓋拍攝景物的范圍，視場角越大，視野就越大。1.鏡頭參數(shù)光圈相對孔徑：指鏡頭的入射光孔直徑（D）與焦距（f）之比，即

D/f，主要影響像面的照度；最大相對孔徑：一般標示在鏡頭上，如1:1.2或f/1.2

；光圈系數(shù)：相對孔徑的倒數(shù)稱為光圈系數(shù)，用Ｆ表示，F(xiàn)

=f

/D。1.鏡頭參數(shù)景深景深（DepthOf

Fied）:景深是指在攝影機鏡頭或其他成像器前沿著能夠取得清晰圖像的成像器軸線所測定的物體距離范圍。1.鏡頭參數(shù)景深主要參數(shù)-景深景深的影響因素

鏡頭光圈? 光圈越大，景深越??；? 光圈越小，景深越大。鏡頭焦距? 鏡頭焦距越長，景深越??；? 焦距越短，景深越大。拍攝距離? 距離越遠，景深越大；? 距離越近，景深越小。圖：不同光圈下的景深示意圖1.鏡頭參數(shù)分辨率指在像面處鏡頭在單位毫米內(nèi)能夠分辨的黑白相間的條紋對數(shù)，分辨率為1/2d，d為線寬，單位是”線對/毫米”（lp/mm）；理想鏡頭的分辨率完全由相對孔徑所決定，相對孔徑越大，F(xiàn)越小，分辨率就越高；在視場邊緣，由于成像光束的孔徑角比軸上點小，因此分辨率有所降低。1.鏡頭參數(shù)支持CCD尺寸2.鏡頭類型定焦鏡頭指只有一個固定焦距的鏡頭；隨著工作高度的變化，視野會發(fā)生變化；光圈可調(diào)，可手動控制進光量；存在一定的畸變。2.鏡頭類型定焦鏡頭——畸變短焦距鏡頭一般表現(xiàn)為桶形失真，長焦距鏡頭一般表現(xiàn)為枕形失真。人眼感覺不到小于2%的畸變。在進行精度較高的測量時，需要校正畸變。無畸變圖像桶形畸變枕形畸變2.鏡頭類型遠心鏡頭遠心指的是一種光學的設(shè)計模式：系統(tǒng)的出瞳或入瞳的位置在無限遠處。目的就是消除由于被測物體（或CCD芯片）離鏡頭距離的遠近不一致而造成放大倍率不一樣的情況。遠心鏡頭糾正了傳統(tǒng)鏡頭的誤差，它可以在一定距離內(nèi)，使所成的像的尺寸不會因為距離的變化而改變。2.鏡頭類型普通鏡頭與遠心鏡頭對比左圖：某圓柱體上的同一內(nèi)齒槽，上圖采用遠心鏡頭拍攝，下圖采用普通鏡頭拍攝。右圖：相隔100mm的兩個相同的螺絲，上圖采用的是遠心鏡頭拍攝，下圖采用普通鏡頭拍攝。普通鏡頭遠心鏡頭2.鏡頭類型遠心鏡頭——物方、雙遠心物方遠心鏡頭：只是物方主光線與鏡頭主軸平行工件上下變化，圖像的大小基本不會變化，使用同軸落射照明時的必要條件，小型化亦可對應(yīng)。雙側(cè)遠心鏡頭：物方，像方均為主光線與光軸平行，光圈可變，可以得到高的景深，比物方遠心鏡頭更能得到穩(wěn)定的像最適合于測量用圖像處理光學系統(tǒng)，但是大型化成本高2.鏡頭類型鏡頭選型定焦鏡頭如何選取合適焦距的鏡頭？計算公式：焦距f＝WD（鏡頭工作距離）×CCD芯片尺寸(長or寬)/FOV(長or寬)如何計算出合適倍率的遠心鏡頭？計算公式：放大倍率＝CCD芯片尺寸(長or寬)/FOV(長or寬)2.鏡頭類型鏡頭選型Step1：確定CCD芯片大小Step

2

：

確定視場大

小Step

3：計算

光學放大倍率Step

4：確定工作距

離Step

5：查找目錄

找出接近的型號Step

6：察看景深

、分辨率是否滿足要求Step

7：確定鏡頭接口和最大兼容

CCD無問題3.鏡頭調(diào)試方式FA鏡頭遠心鏡頭調(diào)焦：對焦調(diào)節(jié)順時針或者逆時針旋轉(zhuǎn)，直至圖像清晰光圈：光闌調(diào)節(jié)順時針或者逆時針旋轉(zhuǎn)，改變進光量，增加或減少圖像亮度，一般設(shè)置在中間區(qū)域記錄參數(shù)：一般實驗中圖像確認OK后，記錄下鏡頭工作距離，方便設(shè)備還原工作距離固定，光圈固定，因此常規(guī)款只需要按照說明書固定工作距離來放置鏡頭4.鏡頭配件

偏振鏡也叫偏光鏡，簡稱PL鏡，是一種濾色鏡。偏振鏡的出色功用是能有選擇地讓某個方向振動的光線通過，在彩色和黑白攝影中常用來消除或減弱非金屬表面的強反光，從而消除或減輕光斑。偏振鏡偏振原理4.鏡頭配件

偏振鏡一般應(yīng)用：鏡頭前加裝偏振鏡，光源前加偏振片，旋轉(zhuǎn)偏振鏡，直至合適的角度停止旋緊。4.鏡頭配件

接圈（延長管）接圈（延長管）：改變相機工作距離，視場大小。延長管規(guī)格：1mm，2mm，5mm，10mm，15mm，20mm。延長管可以組合應(yīng)用，但是要注意不同焦距的鏡頭所能接的延長管的長度是不一樣，如果過長，可能會成不了清晰的圖像4.鏡頭配件擴倍鏡增倍鏡（擴倍鏡）是用另外的鏡組，增加到原鏡頭上，對視場進行相應(yīng)倍率的放大光學倍率規(guī)格：1.5X,2.0X,2.5X,3.0X,4.0X,5.0X4.鏡頭配件棱鏡棱鏡常用來轉(zhuǎn)折光路或者將光學系統(tǒng)所成的像偏轉(zhuǎn)90°。根據(jù)棱鏡的方位不同，成像可為左右一致而上下顛倒與左右不一上下一致。光源3光源特性常見光源類型光源選型頻閃光源使用方法1.光源特性光源的作用①強化特征，弱化背景②突出測量特征③提高圖像信息④簡化算法⑤減低系統(tǒng)設(shè)計的復雜度⑥提高系統(tǒng)的檢查精度、速度1.光源特性波長（wavelength）是指波在一個振動周期內(nèi)傳播的距離。也就是沿著波的傳播方向，相鄰兩個振動位相相差2π的點之間的距離。波長λ等于波速u和周期T的乘積，即λ=uT。同一頻率的波在不同介質(zhì)中以不同速度傳播，所以波長也不同機器視覺上常用的光源顏色有：紅、綠、白、藍、UV、IR波長1.光源特性色溫是表示光線中包含顏色成分的一個計量單位。?從理論上說，色溫指絕對黑體從絕對零度（－273℃）開始加溫后所呈現(xiàn)的顏色。黑體在受熱后，逐漸由黑變紅，轉(zhuǎn)黃，發(fā)白，最后發(fā)出藍色光。當加熱到一定的溫度，黑體發(fā)出的光所含的光譜成分，就稱為這一溫度下的色溫，計量單位為“K”（開爾文）。?如100W燈泡發(fā)出的光的顏色，與絕對黑體在2527℃時的顏色相同，那么這只燈泡發(fā)出的光的色溫就是：（2527+273）K=2800K色溫1.光源特性光顏色的合成與互補光的三原色R–紅G–綠B–藍光的三原色：紅，綠，藍紅、綠、藍三色為互補色。光照在物體上，物體反射與自身顏色相同的色光，不同色光照在互補色物體上完全不反光。如紅光照在紅色物體上，黑白相機成像物體成白色；紅光照在綠色物體，黑白相機成像物體為黑色。2.常見光源類型環(huán)形光源產(chǎn)品特點?角度覆蓋全，0-90度均有覆蓋?可與漫射板配合使用，使得發(fā)光更加均勻?針對特定項目，可多個角度光源組合使用環(huán)形光源：光照均勻、圖像字符清晰條形光源：光線方向單一、字符成像不全2.常見光源類型條形光源產(chǎn)品特點?長度定制化，兼容各種大小不同的視野?使用靈活性強，可靈活調(diào)節(jié)角度，組合使用，左右距離調(diào)整，高低擺放等條形光源：可以消除表面反光影響、圖像字符清晰環(huán)形光源：受表面反光影響、字符成像不全2.常見光源類型同軸光源產(chǎn)品特點?可以消除物體表面不平整引起的陰影，從而減少干擾。?采用分光鏡設(shè)計，減少光損失，提高成像清晰度，均勻照射物體表面。同軸光源：可抑制表面凹凸影響，使印刻字符清晰成像條形光源：字符與背景對比不明顯難以讀取2.常見光源類型碗狀光源產(chǎn)品特點?半球型發(fā)光面，發(fā)光角度覆蓋360°?均勻性超高，適宜表面高度信息復雜的均勻打光碗狀光源：光照均勻，消除曲面反光影響，表面壓傷成像清晰環(huán)形光源：由于表面曲面反光，光照不均勻2.常見光源類型開孔光源產(chǎn)品特點?燈珠均勻分布在四周經(jīng)過導光板形成擴散的光線，大面積高均勻性照射，用于定位，測量等多種場景l(fā)?定制化程度高，發(fā)光尺寸，開孔大小以及位置皆可結(jié)合項目實際開發(fā)電路板檢測2.常見光源類型背光源產(chǎn)品特點?大幅面均勻照明，主要用于透視輪廓成像2.常見光源類型平行背光源產(chǎn)品特點?光線具有更好的方向性，均勻性更好?采用特殊平行膜設(shè)計，視覺效果更好2.常見光源類型漫射背光與平行背光區(qū)別2.常見光源類型點光源產(chǎn)品特點?大功率LED，體積小，發(fā)光強度高。?適合作為遠心鏡頭的同軸光源等表面Mark點定位2.常見光源類型AOI光源產(chǎn)品特點?多色多角度照射，能準確反映產(chǎn)品表面層次信息?產(chǎn)品外加漫射板導光，減少強反光?不同角度的三色光照明，照射凸顯焊錫的三維信息焊錫檢測2.常見光源類型線形光源產(chǎn)品特點?采用柱面聚光棒，超高亮度適用于各種流水線連續(xù)工作場合瓷磚缺損檢測2.常見光源類型隧道光源產(chǎn)品特點?隧道光源采用獨特的照射結(jié)構(gòu)，LED底部照射通過圓拱形反光涂層均勻擴散照射光源采用頂級大功率LED和獨特的光學設(shè)計，亮度高、照射面積大，光線均勻散熱好尼龍布檢測2.常見光源類型隧道光源產(chǎn)品特點?隧道光源采用獨特的照射結(jié)構(gòu)，LED底部照射通過圓拱形反光涂層均勻擴散照射光源采用頂級大功率LED和獨特的光學設(shè)計，亮度高、照射面積大，光線均勻散熱好瓷磚缺損檢測3.光源選型光源選型一幅好的圖像應(yīng)該具備如下條件：?對比度明顯，目標與背景的邊界清晰?背景盡量淡化