機(jī)器視覺與機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用ApplicationsofMachineVisionandMachineLearning工業(yè)視覺系統(tǒng)中的相機(jī)、鏡頭與光源選型TheSelectionofCamera,LensandLightSourceinIndustrialVisionSystems工業(yè)視覺系統(tǒng)中的相機(jī)、鏡頭與光源選型TheSelectionofCamera,LensandLightSourceinIndustrialVisionSystems陳雨ChenYu主講教師Teacher課程導(dǎo)入CourseIntroduction工業(yè)視覺系統(tǒng)中的相機(jī)、鏡頭與光源選型TheSelectionofCamera,LensandLightSourceinIndustrialVisionSystems陳雨ChenYu主講教師Teacher課程導(dǎo)入CourseIntroduction檢測精度和穩(wěn)定性Detectionaccuracyandstability工業(yè)視覺系統(tǒng)中的相機(jī)、鏡頭與光源選型TheSelectionofCamera,LensandLightSourceinIndustrialVisionSystems陳雨ChenYu主講教師Teacher課程導(dǎo)入CourseIntroduction根據(jù)需求選擇合適的相機(jī)、鏡頭和光源。Choosetherightcamera,lensandlightsourcebasedonrequirements.案例導(dǎo)入Caseintroduction案例導(dǎo)入Caseintroduction檢測內(nèi)容：生產(chǎn)日期、廠代碼等信息。Detectioncontent:productiondate,factorycodeandotherinformation.要求：識別打印不清、殘缺、傾斜。Requirements:Identifydefectssuchasunclear,incomplete,andtiltedprinting.檢測速度：達(dá)到16000瓶/小時。Detectionspeed:upto16,000bottles/hour.案例導(dǎo)入CaseintroductionOCR識別率≥99.95%。OCRrecognitionrate≥99.95%.工作距離：205mm。Workingdistance:205mm.案例導(dǎo)入Caseintroduction請問如何選擇相機(jī)、鏡頭和光源以滿足高精度、高速度的檢測需求？Howshouldweselectthecamera,lens,andlightsourcetomeetthesehigh-precisionandhigh-speedinspectionrequirements????相關(guān)知識Relevantknowledge相關(guān)知識Relevantknowledge相機(jī)Camera鏡頭Lens光源Lightsource相關(guān)知識Relevantknowledge工業(yè)相機(jī)的功能是通過成像傳感器將鏡頭產(chǎn)生的光學(xué)像轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的模擬或數(shù)字信號，并將這些信息由相機(jī)與計算機(jī)的接口傳送到計算機(jī)主機(jī)。Thefunctionofanindustrialcameraistoconverttheopticalimageproducedbythelensintocorrespondinganalogordigitalsignalsthroughtheimagingsensor,andtransmitthisinformationtothecomputerhostthroughtheinterfacebetweenthecameraandthecomputer.工業(yè)相機(jī)的功能

FunctionsofIndustrialCamera相關(guān)知識Relevantknowledge相機(jī)主要是由傳感器芯片、防塵片/濾光片、控制與信號轉(zhuǎn)換電路板、光學(xué)接口、數(shù)據(jù)接口以及外殼構(gòu)成。Thecameraismainlycomposedofasensorchip,adustproofsheet/filter,acontrolandsignalconversioncircuitboard,anopticalinterface,adatainterfaceandacasing.工業(yè)相機(jī)的結(jié)構(gòu)

StructureofIndustrialCamera相關(guān)知識Relevantknowledge工業(yè)相機(jī)的基本參數(shù)

BasicParametersofIndustrialCamera圖像傳感器是相機(jī)的核心。圖像傳感器的尺寸通常有1′′、2/3′′、1/2′′、1/3′′、1/4′′。Theimagesensoristhecoreofthecamera.Thesizesofimagesensorsareusually1′′,2/3′′,1/2′′,1/3′′,1/4′′.相機(jī)芯片尺寸Camerachipsize相關(guān)知識Relevantknowledge工業(yè)相機(jī)的基本參數(shù)

BasicParametersofIndustrialCamera相機(jī)分辨率：相機(jī)芯片像元的個數(shù)。Cameraresolution:thenumberofpixelsonthecamerachip.分辨率ResolutionTheresolutionofanareascancameraisexpressedasthetotalnumberofpixelsorthemultiplicationofthehorizontalresolutionandtheverticalresolution:面陣相機(jī)分辨率以像素總數(shù)或者橫向分辨率乘以縱向分辨率表示：30萬：640×480130萬：1280×1024

300,000:640×480

1.3million:1280×1024200萬：1600×1200500萬：2592×1944

2million:1600×1200

5million:2592×1944

600萬：3072×20481000萬：3840×2748

6million:3072×204810million:3840×27482000萬：5496×36722900萬：6576×4384

20million:5496×367229million:6576×4384相關(guān)知識Relevantknowledge工業(yè)相機(jī)的基本參數(shù)

BasicParametersofIndustrialCamera相機(jī)分辨率：相機(jī)芯片像元的個數(shù)。Cameraresolution:thenumberofpixelsonthecamerachip.分辨率ResolutionTheresolutionofalinescancameraspecificallyreferstothenumberofimagerows,withcommononesbeing1024,2048,4096,and8000.線陣相機(jī)分辨率指圖像行的數(shù)目，常見的有1024、2048、4096、8000。相關(guān)知識Relevantknowledge工業(yè)相機(jī)的基本參數(shù)

BasicParametersofIndustrialCamera每秒的幀數(shù)(fps)或者說幀率表示圖形處理器處理圖像時每秒鐘能夠更新的次數(shù)。高的幀率可以得到更流暢、更逼真的動畫。Frameratereferstothenumberofframespersecond(fps),ortheframerateindicatesthenumberoftimespersecondthatthegraphicsprocessorcanupdatetheimage.Higherframerateresultsinsmoother,morerealisticanimations.幀率Framerate相關(guān)知識Relevantknowledge工業(yè)相機(jī)的基本參數(shù)

BasicParametersofIndustrialCamera像元和像素Cellsandpixel是圖片的基本組成單位，是芯片相對應(yīng)像元產(chǎn)生的圖片灰度信息。

Itisthebasicunitofanimageandisthegrayscaleinformationoftheimagegeneratedbythecorrespondingpixelofthechip.像素

Pixel是芯片的基本組成單位，是實現(xiàn)光電信號轉(zhuǎn)換的基本單元。

Itisthebasiccomponentofthechipandthebasicunitforrealizingphotoelectricsignalconversion.像元

Cells芯片尺寸=分辨率*像元尺寸

Chipsize=resolution*cellssize相關(guān)知識Relevantknowledge工業(yè)相機(jī)的選型方法

HowtoSelectIndustrialCameras確定相機(jī)接口類型。

Determinethecamerainterfacetype.1確定相機(jī)的信號類型。Determinethecamera'ssignaltype.2確定視野大小，視野大小應(yīng)該比檢測對象略大一些。

Determinethefieldofviewsize,whichshouldbeslightlylargerthantheobjectbeingdetected.3根據(jù)檢測精度確定對應(yīng)的像素分辨率。

Determinethecorrespondingpixelresolutionbasedontheinspectionaccuracy.4確定相機(jī)曝光形式。

Determinethecameraexposuremode.5根據(jù)檢測速度確定幀率。

Determinetheframerateaccordingtotheinspectionspeed.6根據(jù)通信距離等，確定相機(jī)的接口。

Determinethecamera'sinterfacebasedoncommunicationdistance,etc.7相關(guān)知識Relevantknowledge鏡頭的功能

FunctionsoftheLens鏡頭的基本功能是實現(xiàn)光束變換（調(diào)制），在機(jī)器視覺系統(tǒng)中，鏡頭的主要作用是將成像目標(biāo)在圖像傳感器的光敏面上。Thebasicfunctionofthelensistoachievebeamtransformation(modulation).Inthemachinevisionsystem,themainfunctionofthelensistoplacetheimagingtargetonthephotosensitivesurfaceoftheimagesensor.相關(guān)知識Relevantknowledge鏡頭的功能

FunctionsoftheLens鏡頭的質(zhì)量直接影響到機(jī)器視覺的整體性能，合理地選擇和安裝鏡頭，是機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。Thequalityofthelensdirectlyaffectstheoverallperformanceofmachinevision.Reasonableselectionandinstallationofthelensisanimportantpartofmachinevisionsystemdesign.相關(guān)知識Relevantknowledge鏡頭的結(jié)構(gòu)

StructureoftheLens機(jī)器視覺鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)一般是由若干組透鏡組成。每組透鏡可能是一個單透鏡，也可能是由兩片或兩片以上單品透鏡相互膠合而成。Theopticalsystemofamachinevisionlensisgenerallycomposedofseveralgroupsoflenses.Eachlensgroupmaybeasinglelens,oritmaybemadeupoftwoormoresinglelensesgluedtogether.可變光圈（亮度）

Variableaperture(brightness)對焦環(huán)

Focusring鏡頭解剖圖Lensanatomydiagram相關(guān)知識Relevantknowledge鏡頭的成像原理

TheImagingPrincipleoftheLens鏡頭的成像是以凸透鏡成像的原理為基礎(chǔ)，通過透鏡的組合，把物體發(fā)出或者反射的光線成像在像平面上(與芯片面重合)。運用凹凸透鏡組合能有效地平衡球差、軸外像差、色差等各種像差，提高成像質(zhì)量。Theimagingofthelensisbasedontheprincipleofconvexlensimaging.Throughthecombinationoflenses,thelightemittedorreflectedbytheobjectisimagedontheimageplane(coincidingwiththechipsurface).Theuseofacombinationofconcaveandconvexlensescaneffectivelybalancevariousaberrationssuchassphericalaberration,off-axisaberration,chromaticaberration,etc.,andimproveimagingquality.工作距離

Workingdistance焦距

Focallength水平視野

Horizontalfieldofview傳感器水平方向

Sensorhorizontaldirection透鏡

Lens相關(guān)知識Relevantknowledge鏡頭的基本參數(shù)

BasicParametersoftheLens視場Fieldofview視場角Fieldangle工作距離Workingdistance焦距Focallength相關(guān)知識Relevantknowledge鏡頭的基本參數(shù)

BasicParametersoftheLens視場&視場角Fieldofview&fieldangle芯片尺寸1/3inch

Chipsize1/3inchf=75mmf=50mmf=35mmf=25mm16mm12mm8mm4mm相同的工作距離下，焦距越短，視場角越大，視野也就越大。Atthesameworkingdistance,theshorterthefocallength,thelargerthefieldangle,andthusthewiderthefieldofview.相同的焦距下，視場角一定，工作距離越遠(yuǎn)，視野越大。Atthesamefocallengthandgiventhesamefieldangle,thelongertheworkingdistance,thewiderthefieldofview.相關(guān)知識Relevantknowledge鏡頭的基本參數(shù)

BasicParametersoftheLens工作距離Workingdistance工作距離：目標(biāo)和鏡頭之間的距離。Workingdistance:Thedistancebetweentheobjectandthelens.實際使用時要注意的是，一個鏡頭不能對任意物距下的目標(biāo)都清晰成像，所以鏡頭的工作距離是個有限的范圍。Itshouldbenotedthatinactualuse,alenscannotproduceaclearimageofatargetatanyobjectdistance,sotheworkingdistanceofthelensisalimitedrange.相關(guān)知識Relevantknowledge鏡頭的基本參數(shù)

BasicParametersoftheLens焦距（f）Focallength(f)

鏡頭焦距是指鏡頭光學(xué)后主點到焦點的距離，是鏡頭的重要性能指標(biāo)。鏡頭焦距的長短決定著拍攝的工作距離、成像大小、視場角大小及景深大小。Thefocallengthofalensreferstothedistancefromthelens'srearprincipalpointtothefocalpoint,andisakeyperformanceindicatorofthelens.Thefocallengthofthelensdeterminestheshootingworkingdistance,imagesize,fieldangleanddepthoffield.

(對角水平

垂直)

(DiagonalHorizontal

Vertical)視場角Fieldangle相關(guān)知識Relevantknowledge鏡頭的選型方法

HowtoSelectLenses需要拍攝的視野大小

Thesizeofthefieldofviewtobecaptured相機(jī)芯片大小及分辨率

Camerachipsizeandresolution遠(yuǎn)心鏡頭

Telecentriclens是否需要遠(yuǎn)心鏡頭?

Isatelecentriclensrequired?放大倍率=芯片（對應(yīng)邊）/視野（對應(yīng)邊）

Magnification=chip(correspondingside)/fieldofview(correspondingside)分辨率及放大倍率

Resolutionandmagnification同一工作距離下是否要改變放大倍率?

Dothemagnificationneedtobechangedatthesameworkingdistance?變倍鏡頭

Zoomlens定焦鏡頭

Fixed-focuslens=視野（對應(yīng)邊）

Fieldofview(correspondingside)芯片（對應(yīng)邊）

Chip(correspondingside)工作距離

Workingdistance焦距

Focallength焦距

Focallength相機(jī)芯片大小及分辨率

Camerachipsizeandresolution工作距離及視場大小

Workingdistanceandfieldofview是

Yes是

Yes否

No否

No相關(guān)知識Relevantknowledge鏡頭的選型方法

HowtoSelectLenses需要拍攝的視野大小

Thesizeofthefieldofviewtobecaptured相機(jī)芯片大小及分辨率

Camerachipsizeandresolution遠(yuǎn)心鏡頭

Telecentriclens是否需要遠(yuǎn)心鏡頭?

Isatelecentriclensrequired?放大倍率=芯片（對應(yīng)邊）/視野（對應(yīng)邊）

Magnification=chip(correspondingside)/fieldofview(correspondingside)分辨率及放大倍率

Resolutionandmagnification同一工作距離下是否要改變放大倍率?

Dothemagnificationneedtobechangedatthesameworkingdistance?變倍鏡頭

Zoomlens定焦鏡頭

Fixed-focuslens=視野（對應(yīng)邊）

Fieldofview(correspondingside)芯片（對應(yīng)邊）

Chip(correspondingside)工作距離

Workingdistance焦距

Focallength焦距

Focallength相機(jī)芯片大小及分辨率

Camerachipsizeandresolution工作距離及視場大小

Workingdistanceandfieldofview是

Yes是

Yes否

No否

No相關(guān)知識Relevantknowledge鏡頭的選型方法

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Camerachipsizeandresolution遠(yuǎn)心鏡頭

Telecentriclens是否需要遠(yuǎn)心鏡頭?

Isatelecentriclensrequired?放大倍率=芯片（對應(yīng)邊）/視野（對應(yīng)邊）

Magnification=chip(correspondingside)/fieldofview(correspondingside)分辨率及放大倍率

Resolutionandmagnification同一工作距離下是否要改變放大倍率?

Dothemagnificationneedtobechangedatthesameworkingdistance?變倍鏡頭

Zoomlens定焦鏡頭

Fixed-focuslens=視野（對應(yīng)邊）

Fieldofview(correspondingside)芯片（對應(yīng)邊）

Chip(correspondingside)工作距離

Workingdistance焦距

Focallength焦距

Focallength相機(jī)芯片大小及分辨率

Camerachipsizeandresolution工作距離及視場大小

Workingdistanceandfieldofview是

Yes是

Yes否

No否

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Camerachipsizeandresolution遠(yuǎn)心鏡頭

Telecentriclens是否需要遠(yuǎn)心鏡頭?

Isatelecentriclensrequired?放大倍率=芯片（對應(yīng)邊）/視野（對應(yīng)邊）

Magnification=chip(correspondingside)/fieldofview(correspondingside)分辨率及放大倍率

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Dothemagnificationneedtobechangedatthesameworkingdistance?變倍鏡頭

Zoomlens定焦鏡頭

Fixed-focuslens=視野（對應(yīng)邊）

Fieldofview(correspondingside)芯片（對應(yīng)邊）

Chip(correspondingside)工作距離

Workingdistance焦距

Focallength焦距

Focallength相機(jī)芯片大小及分辨率

Camerachipsizeandresolution工作距離及視場大小

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Fieldofview(correspondingside)芯片（對應(yīng)邊）

Chip(correspondingside)工作距離

Workingdistance焦距

Focallength焦距

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Camerachipsizeandresolution工作距離及視場大小

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Chip(correspondingside)工作距離

Workingdistance焦距

Focallength焦距

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Workingdistanceandfieldofview是

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No否

No相關(guān)知識Relevantknowledge鏡頭的選型方法

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Camerachipsizeandresolution遠(yuǎn)心鏡頭

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Chip(correspondingside)工作距離

Workingdistance焦距

Focallength焦距

Focallength相機(jī)芯片大小及分辨率

Camerachipsizeandresolution工作距離及視場大小

Workingdistanceandfieldofview是

Yes是

Yes否

No否

No相關(guān)知識Relevantknowledge光源的分類及特點

ClassificationandCharacteristicsofLightSource人工光源

Artificiallightsource熱輻射光源

Thermalradiationlightsource氣體放電光源

Gasdischargelightsource固體反光光源

Solidreflectivelightsource激光器

Laser白熾燈、鹵鎢燈

Incandescentlamp,tungstenhalogenlamp熒光燈

Fluorescentlamps發(fā)光二極管

Light-emittingdiodes氣體激光器

Gaslasers金屬鹵化物燈

Metalhalidelamps場致發(fā)光二極管

Field-luminescentdiodes固體激光器

Solid-statelasers黑體輻射器

Blackbodyradiator氚燈

Tritiumlamp空心陰極燈

Hollowcathodelamp燃料激光器

Fuellaser空心陰極燈

Hollowcathodelamp半導(dǎo)體激光器

Semiconductorlasers

光源是只能夠產(chǎn)生光輻射的輻射源，一般分為天然光源和人造光源。Alightsourceisaradiationsourcethatcanonlyproducelightradiation,andisgenerallydividedintonaturallightsourcesandartificiallightsources.相關(guān)知識Relevantknowledge光源選型技巧

LightSourceSelectionTips紅外光波長長，穿透性強(qiáng)的特性；紫外光波長短，擴(kuò)散率高以及激發(fā)熒光的特性。Infraredlighthasthecharacteristicsoflongwavelengthandstrongpenetration;ultravioletlighthasthecharacteristicsofshortwavelength,highdiffusionrateandtheabilitytostimulatefluorescence.使用波長的特性BasedonthecharacteristicsofthewavelengthExample:Infraredlightcanfilteroutinterferencefromorganiccoatingsontheproductsurfaceanddetectsurfacescratches.例：紅外光可過濾產(chǎn)品表面有機(jī)涂料干擾，檢測表面劃痕。相關(guān)知識Relevantknowledge光源選型技巧

LightSourceSelectionTips紫外光波長短，擴(kuò)散率高以及激發(fā)熒光的特性。Ultravioletlighthasthecharacteristicsofshortwavelength,highdiffusionrateandtheabilitytostimulatefluorescence.使用波長的特性BasedonthecharacteristicsofthewavelengthExample:Ultravioletlighthasahighdiffusionrateandissuitableforpositioningmarkpointsonthesurfaceoftransparentobjects.例：紫外光擴(kuò)散率較高，適用于透明物體表面Mark點定位。相關(guān)知識Relevantknowledge光源選型技巧

LightSourceSelectionTips互補(bǔ)色：色環(huán)中對稱顏色疊加在黑白相機(jī)下呈現(xiàn)深色。Complementarycolors:Symmetricalcolorsinthecolorwheelappeardarkwhensuperimposedonablackandwhitecamera.顏色的疊加SuperpositionofColors藍(lán)色

Blue紅色

Red深色

Dark綠色

Green紅色

Red深色

Dark相關(guān)知識Relevantknowledge光源選型技巧

LightSourceSelectionTips鄰色：色環(huán)中相鄰或同種顏色疊加在黑白相機(jī)下呈現(xiàn)淺色。Adjace