視覺檢測系統(tǒng)

1、(1) (1) 零件的識別與定位零件的識別與定位領(lǐng)域：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、領(lǐng)域：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、 航天、軍事等航天、軍事等1 1、工業(yè)檢測、工業(yè)檢測例：雙目立體視覺檢測系統(tǒng)例：雙目立體視覺檢測系統(tǒng) 簡單視覺的機器人系統(tǒng)簡單視覺的機器人系統(tǒng) 自動連接引線、對準(zhǔn)自動連接引線、對準(zhǔn)芯片和封裝；芯片和封裝； 自動安裝部件，自動焊自動安裝部件，自動焊接或自動切割加工、自接或自動切割加工、自動澆注系統(tǒng)等。動澆注系統(tǒng)等。 第五章第五章 視覺檢測系統(tǒng)視覺檢測系統(tǒng)一、應(yīng)用一、應(yīng)用(2) (2) 零件尺寸的在線測量零件尺寸的在線測量(3) (3) 零件外觀及內(nèi)部缺陷檢測零件外觀及內(nèi)部缺陷檢測芯片定位芯片定位芯片管腳檢測芯片管

2、腳檢測鋼板厚度的在線測量鋼板厚度的在線測量 木料檢測原理木料檢測原理例：木料檢測：缺陷、體積例：木料檢測：缺陷、體積 (4) (4) 產(chǎn)品分類、分組產(chǎn)品分類、分組(5) (5) 產(chǎn)品標(biāo)識、編碼識別產(chǎn)品標(biāo)識、編碼識別蘋果分級、分色、配色蘋果分級、分色、配色商品條碼、印鑒、標(biāo)簽商品條碼、印鑒、標(biāo)簽“手手-眼眼”定位：定位： 兩個攝像機兩個攝像機 - 兩幅平面圖像兩幅平面圖像 - 三維場景信息三維場景信息 用于：目標(biāo)識別、道路識別、障礙物判斷、主動導(dǎo)航、自動視覺導(dǎo)航用于：目標(biāo)識別、道路識別、障礙物判斷、主動導(dǎo)航、自動視覺導(dǎo)航 無人駕駛汽車、無人駕駛飛機、無人戰(zhàn)車、探測機器人無人駕駛汽車、無人駕駛飛機

3、、無人戰(zhàn)車、探測機器人實例：美國實例：美國Sojourner系列和系列和Rocky系列火星探測移動機器人系列火星探測移動機器人2 2、機器人導(dǎo)航、機器人導(dǎo)航“機遇機遇”號火星車拍攝號火星車拍攝火星土壤的顯微照片火星土壤的顯微照片 “勇氣勇氣”號火星車號火星車發(fā)回的彩色照片發(fā)回的彩色照片美國勇氣號和機遇號火星探測移動機器人美國勇氣號和機遇號火星探測移動機器人3、生物醫(yī)學(xué)圖像分析、生物醫(yī)學(xué)圖像分析（1）醫(yī)學(xué)臨床診斷）醫(yī)學(xué)臨床診斷 ： X射線、射線、B超、超、CT、核磁共振（、核磁共振（MRI）醫(yī)學(xué)影像融合分析醫(yī)學(xué)影像融合分析 細胞個數(shù)統(tǒng)計細胞個數(shù)統(tǒng)計 CT圖像圖像 自動檢測：染色體切片、癌細胞切片

4、、超聲波圖象自動檢測：染色體切片、癌細胞切片、超聲波圖象三維人體掃描三維人體掃描（2）生物圖像分析：形狀、組織切片、染色體配對、細菌、病毒、）生物圖像分析：形狀、組織切片、染色體配對、細菌、病毒、 病原體外形尺寸檢測、顏色識別、表面損傷檢測以及組織分析病原體外形尺寸檢測、顏色識別、表面損傷檢測以及組織分析葉片細胞顯微放大圖片葉片細胞顯微放大圖片 轉(zhuǎn)基因大豆孢子轉(zhuǎn)基因大豆孢子例：水果分類；發(fā)芽土豆；雜草識別例：水果分類；發(fā)芽土豆；雜草識別 4 4、遙感圖像分析：、遙感圖像分析：衛(wèi)星遙感圖像衛(wèi)星遙感圖像 - 氣象衛(wèi)星（紅外成象氣象衛(wèi)星（紅外成象 - 云圖云圖 - 氣象狀況）氣象狀況） 資源衛(wèi)星（多

5、光譜成象資源衛(wèi)星（多光譜成象 - 地質(zhì)、礦藏、森林、災(zāi)害）地質(zhì)、礦藏、森林、災(zāi)害） 海洋衛(wèi)星（合成孔徑雷達成象海洋衛(wèi)星（合成孔徑雷達成象 - 海洋、海浪、海灘）海洋、海浪、海灘） 航空攝影圖像航空攝影圖像 - （多目成象（多目成象 - 大地測量、測繪）大地測量、測繪）交通交通 - 車輛識別、牌照識別、車型判斷、車輛監(jiān)視、交通流量檢測車輛識別、牌照識別、車型判斷、車輛監(jiān)視、交通流量檢測安全安全 - 指紋判別與匹配、面孔與眼底識別、安全檢查（飛機、海關(guān)）指紋判別與匹配、面孔與眼底識別、安全檢查（飛機、海關(guān)）監(jiān)視監(jiān)視 - 超市、商店防盜、銀行監(jiān)控，停車場、電梯閉路電視超市、商店防盜、銀行監(jiān)控，停車場

6、、電梯閉路電視6、軍事與國防：軍事與國防：5、監(jiān)控、安防、交通管理：監(jiān)控、安防、交通管理：超低空雷達、超視距雷達、導(dǎo)彈制導(dǎo)、導(dǎo)彈導(dǎo)航、地形匹配、超低空雷達、超視距雷達、導(dǎo)彈制導(dǎo)、導(dǎo)彈導(dǎo)航、地形匹配、單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)、戰(zhàn)場遙測、夜視儀、聲納成象單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)、戰(zhàn)場遙測、夜視儀、聲納成象7、辦公與家電：辦公與家電：辦公設(shè)備辦公設(shè)備 - 數(shù)碼復(fù)印機、掃描儀、傳真機、繪圖儀數(shù)碼復(fù)印機、掃描儀、傳真機、繪圖儀家用電器家用電器 - 數(shù)碼攝像機、數(shù)碼照相機、可視電話、可視門鈴數(shù)碼攝像機、數(shù)碼照相機、可視電話、可視門鈴二、視覺系統(tǒng)的一般構(gòu)成二、視覺系統(tǒng)的一般構(gòu)成光源圖像卡場景攝像機計算機典型視覺系統(tǒng)典型視覺系統(tǒng)工作

7、原理：工作原理： 光光 敏感元件敏感元件 電電 （光電元件）（光電元件） 光源光源光通路光通路光電元件光電元件測量電路測量電路光光光光電電電電yx1x2傳感器：傳感器：單目視覺：一個攝像組件（鏡頭單目視覺：一個攝像組件（鏡頭+攝像機）攝像機）多目視覺：多個攝像組件（鏡頭多目視覺：多個攝像組件（鏡頭+ +攝像機）攝像機）圖像采集部分、圖像處理部分、通信和圖像采集部分、圖像處理部分、通信和I/O部分以及輸出和執(zhí)行機構(gòu)部分以及輸出和執(zhí)行機構(gòu)圖像采集系統(tǒng)：可視化圖像或特征圖像采集系統(tǒng)：可視化圖像或特征數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)場景場景鏡頭鏡頭光源光源攝像機攝像機圖像存儲體圖像存儲體計算機計算機輸出輸出鏡頭鏡頭攝像機攝像

8、機鏡頭鏡頭攝像機攝像機控制控制電纜電纜視覺系統(tǒng)流程圖視覺系統(tǒng)流程圖圖像質(zhì)量好圖像質(zhì)量好 圖像處理簡單、結(jié)果理想圖像處理簡單、結(jié)果理想圖像質(zhì)量差圖像質(zhì)量差 圖象處理麻煩、結(jié)果不理想圖象處理麻煩、結(jié)果不理想由由光源、鏡頭、攝像機、圖像采集卡等構(gòu)成光源、鏡頭、攝像機、圖像采集卡等構(gòu)成1、眼睛的結(jié)構(gòu)及成像、眼睛的結(jié)構(gòu)及成像人類視覺人類視覺 眼睛眼睛計算機視覺計算機視覺 圖像輸入系統(tǒng)圖像輸入系統(tǒng)晶狀體晶狀體 鏡頭；視網(wǎng)膜鏡頭；視網(wǎng)膜 像敏面；像敏面；遠物體遠物體 晶狀體扁平晶狀體扁平 屈光能力小屈光能力小 距離大（最大距離大（最大17mm)近物體近物體 晶狀體厚晶狀體厚 屈光能力大屈光能力大 距離?。ㄗ?/p>

9、小距離?。ㄗ钚?4mm)物體光譜光譜 - 紫外紫外 可見光可見光 紅外紅外2 2、電磁波譜、電磁波譜可見光譜可見光譜 1 1、光源、光源(1)(1)光源的作用：光源的作用：使視場具有足夠照度使視場具有足夠照度 - 整體亮度、突出特征量整體亮度、突出特征量 滿足一定的投影關(guān)系滿足一定的投影關(guān)系 - 位置變化、成像質(zhì)量位置變化、成像質(zhì)量滿足一定的濾光要求滿足一定的濾光要求 - 區(qū)別、對比度區(qū)別、對比度 選擇：幾何形狀、照明亮度、均勻度、光譜特性，發(fā)光效率、使用壽命選擇：幾何形狀、照明亮度、均勻度、光譜特性，發(fā)光效率、使用壽命(2)(2)光源的種類：光源的種類： 自然光源自然光源 - 天體（地球、太

10、陽、星體）、大氣天體（地球、太陽、星體）、大氣三、圖像采集系統(tǒng)三、圖像采集系統(tǒng)按發(fā)光機理：熒光燈按發(fā)光機理：熒光燈 、鹵素?zé)?、鹵素?zé)?、氣體放電燈、氣體放電燈、發(fā)光二極管（發(fā)光二極管（LED）、）、 激光二極管激光二極管LD 白熾光源：白熾光源： 器件：白熾燈器件：白熾燈 - 鎢絲（熔點鎢絲（熔點3600K）特點：特點： 譜線豐富（可見光譜線豐富（可見光+紅外光）紅外光） 應(yīng)用：應(yīng)用： 濾色片濾色片 窄帶頻率光，避免雜光干擾窄帶頻率光，避免雜光干擾 儀器儀器 氣體放電光源：氣體放電光源：原理：氣體分子激發(fā)原理：氣體分子激發(fā)放電放電 （電弧燈）（電弧燈）器件：碳弧燈、鈉弧燈、氙弧燈、水銀弧燈器件

11、：碳弧燈、鈉弧燈、氙弧燈、水銀弧燈特點：功率大，光色接近日光，紫外線豐富特點：功率大，光色接近日光，紫外線豐富應(yīng)用：強光、色溫要求接近日光應(yīng)用：強光、色溫要求接近日光 人工光源：人工光源：鹵鎢燈鹵鎢燈- 改進的白熾燈（碘、溴）改進的白熾燈（碘、溴） 特點特點 - 亮度高、發(fā)光效率高、體積小、成本低亮度高、發(fā)光效率高、體積小、成本低發(fā)光二極管：發(fā)光二極管：激光光源：激光光源：原理：半導(dǎo)體，電致發(fā)光原理：半導(dǎo)體，電致發(fā)光器件：器件：LED，可見光、紅外光，可見光、紅外光體積小、功耗低、壽命長、響應(yīng)快、易于數(shù)字控制、體積小、功耗低、壽命長、響應(yīng)快、易于數(shù)字控制、比普通光源單色性好、亮度高比普通光源單

12、色性好、亮度高應(yīng)用：電路（信號）、儀器面板（提示、報警、狀態(tài)顯示）應(yīng)用：電路（信號）、儀器面板（提示、報警、狀態(tài)顯示） 原理：原理：特點：特點：外界光外界光光原子光原子能級躍遷能級躍遷受激輻射受激輻射光放大光放大諧振諧振輻射激光輻射激光方向性好方向性好-發(fā)散角很小發(fā)散角很小(約約0.18)，比普通光小，比普通光小23數(shù)量級數(shù)量級亮度高亮度高 - 能量高度集中，亮度比普通光高幾百萬倍能量高度集中，亮度比普通光高幾百萬倍單色性好單色性好-光譜范圍極小，頻率單一；光譜范圍極小，頻率單一； （He-Ne激光激光:=632.8nm,=10-6nm）相干性好相干性好-受激輻射，傳播方向受激輻射，傳播方向/

13、振動方向振動方向/頻率頻率/相位一致相位一致 時間相干性、空間相干性均好時間相干性、空間相干性均好 器件：器件：固體激光器固體激光器-體積小，堅固，功率高體積小，堅固，功率高 紅寶石、（少用）紅寶石、（少用）氣體激光器氣體激光器-小巧、單色性好、能連續(xù)工作、功率小小巧、單色性好、能連續(xù)工作、功率小 氦氖、氦氖、CO2液體激光器液體激光器-激光波長可連續(xù)調(diào)節(jié)（范圍）激光波長可連續(xù)調(diào)節(jié)（范圍） 染科染科半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器-效率高、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、功率小、非線性效率高、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、功率小、非線性 特點：特點：LEDLED光源的種類光源的種類（形狀）：形狀）：面光源面光源

14、 - 專用專用線光源線光源b. b. 按安裝方式：按安裝方式：光源放在物體的后面光源放在物體的后面 便于安裝便于安裝 結(jié)構(gòu)光照明：結(jié)構(gòu)光照明： 被測物在光源和攝像機之間被測物在光源和攝像機之間 - - 對比度好對比度好 頻閃光照明：頻閃光照明： 點光源點光源 - 發(fā)光二極管發(fā)光二極管背向照明：背向照明：前向照明：前向照明：光源有特定的方向，光束有精確的形狀。光源有特定的方向，光束有精確的形狀。- - 光柵或線光源光柵或線光源 畸變畸變 三維形狀三維形狀高頻率的光脈沖高頻率的光脈沖 - - 高速運動物體高速運動物體其中其中LEDLED光源憑借其諸多的優(yōu)點在現(xiàn)代視覺系統(tǒng)中得到越來越多的應(yīng)用。光源憑

15、借其諸多的優(yōu)點在現(xiàn)代視覺系統(tǒng)中得到越來越多的應(yīng)用。2 2、光學(xué)系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng) 成像物鏡成像物鏡 + + 光電器件光電器件 照相攝影系統(tǒng)：照相攝影系統(tǒng)：組成：組成： 顯微系統(tǒng)顯微系統(tǒng)NIKON測量顯微鏡測量顯微鏡 望遠系統(tǒng)望遠系統(tǒng) 投影系統(tǒng)投影系統(tǒng)數(shù)字式測量投影儀數(shù)字式測量投影儀 相當(dāng)于人眼的晶狀體相當(dāng)于人眼的晶狀體沒有鏡頭，攝像機不能采集到任何圖像。沒有鏡頭，攝像機不能采集到任何圖像。 輸出被噪聲淹沒輸出被噪聲淹沒 成像：成像：聚焦：聚焦：變焦：變焦： 改變鏡頭的焦距改變鏡頭的焦距 - - 改變成象大小改變成象大小 （人眼所不具備的功能）（人眼所不具備的功能）(1) (1) 作用：作用： 曝光

16、：曝光：a a、攝影鏡頭、攝影鏡頭當(dāng)鏡頭成像平面不在攝像機像面上時，輸出圖像模糊不清當(dāng)鏡頭成像平面不在攝像機像面上時，輸出圖像模糊不清 -調(diào)整鏡頭的位置，改變調(diào)整鏡頭的位置，改變CCDCCD與鏡頭基準(zhǔn)面的距離與鏡頭基準(zhǔn)面的距離 改變光積分時間改變光積分時間/ /曝光量曝光量- - 改變灰度（人眼所不具備的功能）改變灰度（人眼所不具備的功能）(2)(2)鏡頭的主要指標(biāo)：鏡頭的主要指標(biāo)：焦距：焦距：焦距?。ǘ蹋?，視場角大，觀察范圍大，但遠處物體分辨不很清楚焦距?。ǘ蹋?，視場角大，觀察范圍大，但遠處物體分辨不很清楚焦距大（長），視場角小，觀察范圍小，很遠的物體也能看清楚焦距大（長），視場角小，觀察范

17、圍小，很遠的物體也能看清楚 焦距的大小決定著視場角的大小。焦距的大小決定著視場角的大小。 選擇焦距：選擇焦距：觀測范圍觀測范圍 是要觀測細節(jié)，還是要較大的觀測范圍是要觀測細節(jié)，還是要較大的觀測范圍 焦距的計算：焦距的計算：f = vD/Vf =hD/H 選擇比計算值小的固定焦距，則視角還會大一些選擇比計算值小的固定焦距，則視角還會大一些 近距離大場面近距離大場面 小焦距廣角；遠處細節(jié)小焦距廣角；遠處細節(jié) 大長焦大長焦焦距大?。簬缀撩捉咕啻笮。簬缀撩讛?shù)米數(shù)米光圈：光圈：（光圈指數(shù)、光闌系數(shù)），表示光通量大小，用（光圈指數(shù)、光闌系數(shù)），表示光通量大小，用 F 表示，表示，F(xiàn) 數(shù)數(shù)光圈指數(shù)序列的標(biāo)值

18、：光圈指數(shù)序列的標(biāo)值：1.41.4，2 2，2.82.8，4 4，5.65.6，8 8，1111，1616，2222等，等，安裝方式：安裝方式：方式方式- C- C式和式和CSCS式兩種，差別是鏡頭和式兩種，差別是鏡頭和CCDCCD像面的距離不同，像面的距離不同， - - 螺紋連接螺紋連接專用接圈專用接圈-C-C式鏡頭比式鏡頭比CSCS式鏡頭多一個專用接圈的長度，式鏡頭多一個專用接圈的長度，以鏡頭焦距以鏡頭焦距 f 和通光孔徑和通光孔徑 D 的比值來衡量：的比值來衡量：F = = f / /D ( (鏡頭標(biāo)明鏡頭標(biāo)明) )C C式安裝座從基準(zhǔn)面到焦點的距離為式安裝座從基準(zhǔn)面到焦點的距離為17.

19、56217.562毫米，毫米，CSCS式安裝座從基準(zhǔn)面到焦點距離為式安裝座從基準(zhǔn)面到焦點距離為12.512.5毫米。毫米。鏡頭上標(biāo)注鏡頭上標(biāo)注 - - 焦距、光圈焦距、光圈 確定鏡頭確定鏡頭光通量與光通量與 F 值的平方成反比關(guān)系，值的平方成反比關(guān)系，F(xiàn) 值越小，光通量越大。值越小，光通量越大。 攝影鏡頭攝影鏡頭 - - 螺距為螺距為1英寸英寸32牙牙，直徑為，直徑為1 1英寸（英制）英寸（英制）照相鏡頭照相鏡頭 - M42- M421(1(直徑為直徑為42mm42mm，螺距為螺距為1mm ）單板式單板式CCDCCD鏡頭鏡頭 - M12- M120.5(0.5(直徑為直徑為12mm12mm，螺

20、距為，螺距為0.5mm0.5mm）(3)(3)鏡頭的種類：鏡頭的種類：按焦距大小分類：按焦距大小分類：按變焦方式分類：按變焦方式分類：按光圈方式分類：固定光圈鏡頭、手動變光圈鏡頭、自動變光圈鏡頭按光圈方式分類：固定光圈鏡頭、手動變光圈鏡頭、自動變光圈鏡頭按安裝方式分類：分為普通安裝鏡頭、隱蔽安裝鏡頭（針孔鏡頭）按安裝方式分類：分為普通安裝鏡頭、隱蔽安裝鏡頭（針孔鏡頭）分為廣角鏡頭、標(biāo)準(zhǔn)鏡頭、長焦距鏡頭分為廣角鏡頭、標(biāo)準(zhǔn)鏡頭、長焦距鏡頭固定焦距鏡頭、手動變焦距鏡頭、電動變焦距鏡頭固定焦距鏡頭、手動變焦距鏡頭、電動變焦距鏡頭固定焦距鏡頭固定焦距鏡頭-固定視場大小和距離，固定視場大小和距離，手動變焦

21、鏡頭手動變焦鏡頭-偶爾改變觀察范圍和目標(biāo)大小偶爾改變觀察范圍和目標(biāo)大小電動變焦鏡頭電動變焦鏡頭-經(jīng)常性改變觀察范圍，變焦范圍大，經(jīng)常性改變觀察范圍，變焦范圍大， 既可以看大范圍，也可以聚焦某個細節(jié)。既可以看大范圍，也可以聚焦某個細節(jié)。固定光圈鏡頭固定光圈鏡頭-固定場景和目標(biāo)，亮度不變，固定場景和目標(biāo)，亮度不變， 用于光線變化大且頻繁的場合。用于光線變化大且頻繁的場合。 手動變光圈鏡頭手動變光圈鏡頭-適合亮度變化不大的場合（光圈環(huán)）適合亮度變化不大的場合（光圈環(huán)） 一次性調(diào)整合適為止，不變一次性調(diào)整合適為止，不變 自動變光圈鏡頭自動變光圈鏡頭-會隨著光線的變化而自動調(diào)整會隨著光線的變化而自動調(diào)整

22、，按變焦倍數(shù)：按變焦倍數(shù)：2 2 倍變焦、倍變焦、6 6 倍變焦、倍變焦、10 10 倍變焦、倍變焦、20 20 倍變焦等。倍變焦等。按用途分類：照相鏡頭、攝影鏡頭、單板式按用途分類：照相鏡頭、攝影鏡頭、單板式CCD鏡頭鏡頭b b、光電器件、光電器件 (1) 外光電效應(yīng)及其器件外光電效應(yīng)及其器件 外光電效應(yīng)外光電效應(yīng)特點：速度快-從光照射到釋放電子時間不超過10-9秒。 需足夠光能-光子能力 表面溢出功原理：光 陰極 光電子 陽極 空間電子流外接電阻 壓降U=f(I)原理：光 物體表面 光電子發(fā)射 光電管光電管應(yīng)用：足夠的光強，高速-光電開關(guān) 特點：簡單，靈敏度低 （充入惰性氣體氣體轟擊自由電

23、子）光電倍增管光電倍增管原理：光 陰極 光電倍增極 陽極 電流應(yīng)用：開關(guān)測量 光電開關(guān) ，計數(shù) (2) 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng) 原理：導(dǎo)帶禁帶價帶半導(dǎo)體能帶圖光電導(dǎo)效應(yīng)： 器件：光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管原理：光 電子-空穴對 導(dǎo)電性 電阻光生伏特效應(yīng): 原理： 光PN結(jié)（無偏置） 電子N, 空穴P 電動勢 器件：光電池 （硅，鍺） 特點：光電流大，靈敏度高 倍增率=n , -單極倍增率（36） n-倍增極數(shù)（414）光 半導(dǎo)體 電子吸收能量 躍遷 電子-空穴對光敏電阻：光敏電阻： 原理：電阻器件，加直流偏壓，無極性 無光照-電子-空穴對很少-電阻大(暗電阻) 有光照-電子-空穴對增多-導(dǎo)

24、電性增強 特點：靈敏度高，體積小，重量輕，性能穩(wěn)定 批量生產(chǎn)，價格便宜 應(yīng)用：工業(yè)自動化-開關(guān)元件，快速響應(yīng) 家電-(感應(yīng)式節(jié)能燈：判斷照度)特性：光照特性為非線性，光譜特性存在單峰，動態(tài)特性好 光照特性結(jié)構(gòu)：金屬封裝-防潮光譜特性動態(tài)特性光敏二極管光敏二極管（光電二極管, PD: Photo-Diode） 原理： 半導(dǎo)體PN結(jié)- 無光時-高阻特性，微弱電流暗電流，A； 光照時-電子N,空穴P 光電流 光照愈強 - 光電流愈大PN光照特性光敏三極管光敏三極管（光電三極管, PT: Photo-Triode） 原理：光敏二極管（bc結(jié)）+ 三極管應(yīng)用：線性轉(zhuǎn)換元件，開關(guān)元件， 特點：靈敏度高于光

25、敏二極管，特性：光照特性-靈敏度和線性好，光譜特性-單峰性光譜特性特性：光照特性-靈敏度高于光敏二極管，線性好 光譜特性-單峰性 動態(tài)特性-響應(yīng)速度低于光敏二極管應(yīng)用：線性轉(zhuǎn)換元件，開關(guān)元件高速光電二極管高速光電二極管 PIN結(jié)光電二極管（PIN-PD） ： I-高電阻率的本征半導(dǎo)體 響應(yīng)速度快，靈敏度高，線性好， 用于光通訊，光測量光譜特性動態(tài)特性雪崩光電二極管： PN + P+ APD 響應(yīng)速度快，靈敏度高，線性差， 用于光通訊脈沖編碼連接方式：開路電壓輸出-(a) 短路電流輸出-(b) 特性：光照特性-開路電壓輸出：非線性(電壓-光強)，靈敏度高 短路電流輸出：線性好(電流-光強) ，靈

26、敏度低 光譜特性-硅電池：0.51.2m(紅-紅外)，峰值0.8 m(近紅外) 鍺電池：0.30.7m(紫-紅)，峰值0.5 m(綠) 光電池光電池原理： 光PN結(jié)電子N, 空穴P 電動勢 光電能光電池（硅電池：單晶硅）特點：有源器件，輕便、簡單、無污染，動態(tài)特性好（硅） 工作于可見光波段-太陽能電池應(yīng)用：宇航飛行儀器，儀表電源，便攜儀表(計算器) - 開關(guān)測量（開路電壓輸出），線性檢測（短路電流輸出）四象限光電池四象限光電池位置敏感器件位置敏感器件（PSD-Positional Sensing Device） 原理：光 光電二極管 空穴由N向P移動 空穴1端I1 空穴2端I2 121221/

27、xxRRII說明說明：對于各種光電元件： （1）暗電流：無光照時輸出電流 熱噪聲 （2）溫度特性：溫度 靈敏度、光譜特性 降溫、恒溫、溫度補償 （3）器件材料： 硅 好于 鍺原理：集成4光電池 - 四象限 光斑4分量I1 、I2 、I3 、I4 ；3241IIIIx4321IIIIy應(yīng)用：二維位置檢測，準(zhǔn)直固態(tài)攝像器件：電荷耦合器件（固態(tài)攝像器件：電荷耦合器件（Charge Coupled Device）- CCD比值：應(yīng)用：位置檢測(一維、二維)比值：(1) CCD(1) CCD的種類：的種類：3 3、CCDCCD攝像機攝像機按成象器件分類：線陣按成象器件分類：線陣CCD、面陣、面陣CCD按

28、顏色分類：黑白攝像機、彩色攝像機按顏色分類：黑白攝像機、彩色攝像機按輸出信號分類：模擬式、數(shù)字式按輸出信號分類：模擬式、數(shù)字式 黑白攝像機：信息量小，時間、空間少黑白攝像機：信息量小，時間、空間少彩色攝像機：信息量大，時間、空間彩色攝像機：信息量大，時間、空間多多線陣線陣CCD：一行，掃描；：一行，掃描；體積小，價格低；體積小，價格低；面面陣陣CCD: 整幅圖像；直觀；價格高，體積大；整幅圖像；直觀；價格高，體積大；按掃描方式分類：逐行掃描、隔行掃描按掃描方式分類：逐行掃描、隔行掃描 逐行掃描：高速運動，避免邊緣模糊逐行掃描：高速運動，避免邊緣模糊 數(shù)字?jǐn)z像機數(shù)字?jǐn)z像機 - 電子快門電子快門

29、曝光時間曝光時間: 1/50s1/50s、1/125s1/125s、1/250s1/250s、1/500s1/500s、1/1000s1/1000s、1/2000s1/2000s、1/4000s1/4000s、1/8000s1/8000s、1/16000s1/16000s、1/32000s1/32000s 按形狀分類：長形、短形、方塊形、半球形、單板形按形狀分類：長形、短形、方塊形、半球形、單板形 (2)(2)攝像機的主要參數(shù)：攝像機的主要參數(shù)：制式：制式：CCD芯片尺寸芯片尺寸 ：PALPAL制式制式 - - 標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)為625625行，行，5050場，中國采用隔行掃描（黑白為場，中國采用隔

30、行掃描（黑白為CCIRCCIR） （西歐、亞洲、澳大利亞）（西歐、亞洲、澳大利亞） NTSCNTSC制式制式 - - 標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)為525525行，行，6060場（黑白為場（黑白為EIAEIA）（美加、日本）（美加、日本）非標(biāo)準(zhǔn)制式非標(biāo)準(zhǔn)制式 - - 只有醫(yī)療或其它專業(yè)領(lǐng)域才用到只有醫(yī)療或其它專業(yè)領(lǐng)域才用到 面陣面陣CCDCCD芯片芯片相位交替行（相位交替行（Phase Alternating Line）- 逐行倒相逐行倒相國家電視委員會國家電視委員會（National Television Systems Committee)CCDCCD分辨率：分辨率：是是CCDCCD的主要性能指標(biāo)，它決定了

31、顯示圖像的清晰程度，的主要性能指標(biāo)，它決定了顯示圖像的清晰程度，分辨率越高，圖像細節(jié)的表現(xiàn)越好。分辨率越高，圖像細節(jié)的表現(xiàn)越好。 像素像素 - CCD- CCD每一個元素，像素越多，圖像越清晰每一個元素，像素越多，圖像越清晰 4444萬（萬（768768* *576576）、）、100100萬（萬（10241024* *10241024） 200200萬（萬（16001600* *12001200）、）、600600萬（萬（28322832* *21282128）電視線電視線 - - 簡稱線簡稱線(TV LINES)(TV LINES)，彩色攝像頭一般，彩色攝像頭一般330500330500線

32、，線， 黑白可以達到黑白可以達到600600線。電視線與線。電視線與CCDCCD和鏡頭有關(guān)，和鏡頭有關(guān)， 還與攝像頭電路通道的頻帶寬度直接相關(guān)，通還與攝像頭電路通道的頻帶寬度直接相關(guān)，通 常規(guī)律是常規(guī)律是1MHz1MHz的頻帶寬度相當(dāng)于清晰度為的頻帶寬度相當(dāng)于清晰度為8080線。線。 頻帶越寬，圖像越清晰，線數(shù)值相對越大。頻帶越寬，圖像越清晰，線數(shù)值相對越大。 灰度級灰度級 - - 灰度分辨率、色彩分辨率，灰度分辨率、色彩分辨率， 1/21/2n 位數(shù)：位數(shù)：8 8位（位（bitbit）、）、1010位、位、1111位、位、1212位、位、 位數(shù)越多，圖像越清晰。位數(shù)越多，圖像越清晰。 天氣天

33、氣 照度照度LUX 室內(nèi)場所室內(nèi)場所 照度照度LUX 晴天晴天 30000300000 生產(chǎn)車間生產(chǎn)車間 10500 陰天陰天 3000 辦公室辦公室 3050 日出日落日出日落 300 餐廳餐廳 1030 月圓月圓 0.30.03 走廊走廊 510 星光星光 0.00020.00002 停車場停車場 15 陰暗夜晚陰暗夜晚 0.0030.0007 照度參考表：照度參考表： 普通型普通型 正常工作所需照度正常工作所需照度13LUX 月光型月光型 正常工作所需照度正常工作所需照度0.1LUX左右左右 星光型星光型 正常工作所需照度正常工作所需照度0.01LUX以下以下 紅外型紅外型 采用紅外燈照

34、明，在沒有光線的情況下也可以成像采用紅外燈照明，在沒有光線的情況下也可以成像 根據(jù)照度劃分，根據(jù)照度劃分，CCD又分為：又分為： 最低照度最低照度 ：也稱靈敏度，是也稱靈敏度，是CCDCCD對環(huán)境光線的敏感程度（最暗光線）。對環(huán)境光線的敏感程度（最暗光線）。單位單位-勒克斯，勒克斯，LUXLUX，數(shù)值越小，需要的光線越少，越靈敏。，數(shù)值越小，需要的光線越少，越靈敏。 信噪比：信噪比：典型值為典型值為4646分貝，分貝，如果為如果為5050分貝，則圖像有少量噪聲，但圖像質(zhì)量較好；分貝，則圖像有少量噪聲，但圖像質(zhì)量較好；如果能達到如果能達到6060分貝，就不會出現(xiàn)噪聲。分貝，就不會出現(xiàn)噪聲。 電源

35、：電源：交流交流220220伏、伏、2424伏；直流伏；直流1212伏和伏和9 9伏。伏。 光譜：光譜：選擇攝像機：芯片尺寸、像素數(shù)、選擇攝像機：芯片尺寸、像素數(shù)、 線數(shù)、靈敏度、光譜響應(yīng)線數(shù)、靈敏度、光譜響應(yīng)感光范圍感光范圍 可見光、紅外、超聲波等可見光、紅外、超聲波等4 4、圖像存儲體、圖像存儲體(1)(1)圖像存儲體的作用：圖像存儲體的作用：接收來自攝像機的圖像信號：接收來自攝像機的圖像信號： 模擬攝像機模擬攝像機 - 標(biāo)準(zhǔn)電視信號標(biāo)準(zhǔn)電視信號 數(shù)字?jǐn)z像機數(shù)字?jǐn)z像機 - 數(shù)字信號數(shù)字信號 存儲圖像數(shù)據(jù)：容量大、速度高、存取方便存儲圖像數(shù)據(jù)：容量大、速度高、存取方便 圖像處理：簡單預(yù)處理圖

36、像處理：簡單預(yù)處理 - 濾波、二值化濾波、二值化 圖像疊加圖像疊加 - 直線、圓、數(shù)字、符號直線、圓、數(shù)字、符號 圖像輸出：輸出到監(jiān)視器圖像輸出：輸出到監(jiān)視器 - 監(jiān)視、觀察監(jiān)視、觀察 輸出到計算機輸出到計算機 - 圖像處理、模式識別圖像處理、模式識別 (2)(2)圖像存儲體的種類：圖像存儲體的種類： 外置式：獨立單元、單獨供電、功能全面、外置式：獨立單元、單獨供電、功能全面、容易構(gòu)成視覺系統(tǒng)容易構(gòu)成視覺系統(tǒng) 圖像卡式：插入計算機擴展槽內(nèi)圖像卡式：插入計算機擴展槽內(nèi) - 使用方便、速度快、成本低使用方便、速度快、成本低 傳輸式：數(shù)字?jǐn)z像機傳輸式：數(shù)字?jǐn)z像機 - 計算機接口計算機接口/網(wǎng)絡(luò)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸 （串行、并行、（串行、并行、USB） 視覺傳感器模塊視覺傳感器模塊視覺傳感器視覺傳感器 光源、攝像頭、圖像處理器、控制與通訊接口光源、攝像頭、圖像處理器、控制與通訊接口四、信號處理系統(tǒng)四、信號處理系統(tǒng)1.1.信號處理電路信號處理電路光電元件光電元件信號處理信號處理圖像處理圖像處理光光電電電電圖像圖像3）電壓）電壓/電流（電流（V/A）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換 - 需要電流輸出時；需要電流輸出時；1）信號放大）信號放大2）噪聲抑制）噪聲抑制 - 信號淹沒在噪聲中；信號淹沒在噪聲中；電壓（電壓（mV/ V）；