傳感技術(shù)課件

——第七章視覺(jué)傳感技術(shù)——第七章視覺(jué)傳感技術(shù)本章內(nèi)容7.1概述7.2圖像傳感器7.33D視覺(jué)傳感技術(shù)7.4智能視覺(jué)傳感技術(shù)7.5視覺(jué)傳感應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)代傳感器技術(shù) <2>本章內(nèi)容7.1概述現(xiàn)代傳感器技術(shù) <2>7.1.1生物視覺(jué)與機(jī)器視覺(jué)視覺(jué)：直觀理解就是通過(guò)對(duì)環(huán)境場(chǎng)景（組成成分、空間關(guān)系、質(zhì)地質(zhì)感等）成像，一次性得到包含大量場(chǎng)景信息的“圖、像”，經(jīng)過(guò)分層次處理，最終達(dá)到理解和表達(dá)的目的。通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)的外周感覺(jué)器官（眼）接受外界環(huán)境中一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁波刺激，經(jīng)中樞有關(guān)部分進(jìn)行編碼加工和分析后獲得的主觀感覺(jué)?，F(xiàn)代傳感器技術(shù) <3>7.1.1生物視覺(jué)與機(jī)器視覺(jué)視覺(jué)：直觀理解就是通過(guò)對(duì)環(huán)境場(chǎng)7.1.1生物視覺(jué)與機(jī)器視覺(jué)生物視覺(jué)功能建立在生物組織、器官的基礎(chǔ)上。環(huán)境場(chǎng)景通過(guò)成像器官（眼睛）成像，視覺(jué)神經(jīng)感受到亮度信號(hào)，形成神經(jīng)脈動(dòng)，進(jìn)而傳輸至中樞神經(jīng)系統(tǒng)（大腦），上述路徑構(gòu)成視覺(jué)通路。生物視覺(jué)系統(tǒng)是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能強(qiáng)大、高度智能的信息系統(tǒng)。人的眼可分為感光細(xì)胞（視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞）的視網(wǎng)膜和折光（角膜，房水，晶狀體和玻璃體）系統(tǒng)。其適宜刺激是波長(zhǎng)為370-740納米的電磁波(可見(jiàn)光部分)，約150種顏色?，F(xiàn)代傳感器技術(shù) <4>背側(cè)皮質(zhì)視覚路(綠色)與腹側(cè)皮質(zhì)視覚路(紫色)7.1.1生物視覺(jué)與機(jī)器視覺(jué)生物視覺(jué)功能建立在生物組織、器7.1.1生物視覺(jué)與機(jī)器視覺(jué)借助于信息處理理論、電子器件和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，人們?cè)噲D用攝像機(jī)獲取環(huán)境場(chǎng)景圖像，轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)，由計(jì)算機(jī)平臺(tái)進(jìn)行視覺(jué)信息處理，由此誕生一門(mén)新興學(xué)科－計(jì)算機(jī)視覺(jué)?，F(xiàn)代傳感器技術(shù) <5>計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)組成包括：過(guò)程控制（例如工業(yè)機(jī)器人和無(wú)人駕駛汽車(chē)）事件監(jiān)測(cè)（例如圖像監(jiān)測(cè)）信息組織（例如圖像數(shù)據(jù)庫(kù)和圖像序列的索引建立）物體與環(huán)境建模（例如工業(yè)檢查，醫(yī)學(xué)圖像分析和拓?fù)浣＃┙桓谢?dòng)（例如人機(jī)互動(dòng)的輸入設(shè)備）7.1.1生物視覺(jué)與機(jī)器視覺(jué)借助于信息處理理論、電子器件和7.1.1生物視覺(jué)與機(jī)器視覺(jué)基于工程應(yīng)用的考慮，在計(jì)算機(jī)視覺(jué)中可以將視覺(jué)傳感（信息獲?。⒁曈X(jué)信息處理、理解和認(rèn)知等環(huán)節(jié)分開(kāi)考慮，一方面簡(jiǎn)化了類(lèi)生物視覺(jué)系統(tǒng)復(fù)雜的相互作用體系結(jié)構(gòu)，同時(shí)便于現(xiàn)有計(jì)算機(jī)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)。將計(jì)算機(jī)視覺(jué)用于工程應(yīng)用，產(chǎn)生了一門(mén)新的學(xué)科－機(jī)器視覺(jué)。將近80%的工業(yè)視覺(jué)系統(tǒng)主要用在檢測(cè)方面。現(xiàn)代傳感器技術(shù) <6>7.1.1生物視覺(jué)與機(jī)器視覺(jué)基于工程應(yīng)用的考慮，在計(jì)算機(jī)視7.1.1生物視覺(jué)與機(jī)器視覺(jué)計(jì)算機(jī)視覺(jué)和機(jī)器視覺(jué)現(xiàn)代傳感器技術(shù) <7>7.1.1生物視覺(jué)與機(jī)器視覺(jué)計(jì)算機(jī)視覺(jué)和機(jī)器視覺(jué)現(xiàn)代傳感器7.1.2Marr計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論20世紀(jì)70年代中后期，D.Marr教授從信息處理的角度，綜合了當(dāng)時(shí)圖像處理、心理物理學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)及臨床精神病學(xué)等方面的研究成果，提出了一個(gè)較為完善的人工視覺(jué)系統(tǒng)架構(gòu)。Marr的計(jì)算視覺(jué)理論把視覺(jué)過(guò)程看作信息處理過(guò)程，對(duì)該過(guò)程的研究分為三個(gè)不同的層次：計(jì)算理論層次——計(jì)算理論層次要回答的是計(jì)算目的與策略問(wèn)題表達(dá)與算法層次——表達(dá)與算法層次則進(jìn)一步回答如何實(shí)現(xiàn)上述計(jì)算理論的問(wèn)題硬件實(shí)現(xiàn)層次——硬件實(shí)現(xiàn)層次是回答如何物理（硬件）上實(shí)現(xiàn)上述表示表達(dá)和算法的問(wèn)題現(xiàn)代傳感器技術(shù) <8>7.1.2Marr計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論20世紀(jì)70年代中后期，7.1.2Marr計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論Marr將視覺(jué)過(guò)程區(qū)分為三個(gè)階段：

圖像->要素圖->2.5維圖->三維表示第一階段，稱為早期視覺(jué)，由輸入二維圖像獲得要素圖。第二階段，稱為中期視覺(jué)，由要素圖獲取2.5維圖。第三階段，稱為后期視覺(jué)，由輸入圖像、要素圖和2.5維圖獲得環(huán)境場(chǎng)景的三維表示。2.5維圖:以三維圖數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，按照一定比例對(duì)現(xiàn)實(shí)世界或其中一部分的一個(gè)或多個(gè)方面的三維、抽象的描述?，F(xiàn)代傳感器技術(shù) <9>7.1.2Marr計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論Marr將視覺(jué)過(guò)程區(qū)分為7.1.2Marr計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論缺陷1）物理成像過(guò)程在數(shù)學(xué)上是一個(gè)透視投影過(guò)程，深度和被視線遮擋的信息被丟棄了，使得相同場(chǎng)景在不同視角下得到的二維圖像是完全不同的；2）二維圖像是依靠圖像灰度（亮度）來(lái)反映視覺(jué)信息的，在成像過(guò)程中很多無(wú)關(guān)因素都會(huì)和有用信息綜合在一起生成二維圖像?，F(xiàn)代傳感器技術(shù) <10>7.1.2Marr計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論缺陷現(xiàn)代傳感器技術(shù) <17.1.2Marr計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論視覺(jué)傳感與計(jì)算機(jī)視覺(jué)的區(qū)別由圖像信息恢復(fù)三維場(chǎng)景問(wèn)題

Marr的視覺(jué)計(jì)算理論是通過(guò)三維場(chǎng)景映射到的二維圖像來(lái)研究和感知場(chǎng)景三維物理結(jié)構(gòu)的理論，強(qiáng)調(diào)的是識(shí)別和理解功能，側(cè)重于基本理論研究而視覺(jué)傳感則是從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，研究定量提取三維空間內(nèi)有用信息的理論和方法精度問(wèn)題傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究，側(cè)重于定性的三維場(chǎng)景識(shí)別和理解，定量的精度分析很少涉及或不涉及；視覺(jué)傳感測(cè)量則是以計(jì)算機(jī)視覺(jué)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合精密測(cè)量、測(cè)試?yán)碚?，解決工程應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的測(cè)量問(wèn)題，要求在滿足一定的精度前提下，實(shí)現(xiàn)被測(cè)對(duì)象的可靠測(cè)量?，F(xiàn)代傳感器技術(shù) <11>7.1.2Marr計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論視覺(jué)傳感與計(jì)算機(jī)視覺(jué)的區(qū)7.1.3視覺(jué)傳感技術(shù)的發(fā)展視覺(jué)傳感應(yīng)用于測(cè)量是多方面的，一個(gè)主要的研究領(lǐng)域就是基于視覺(jué)傳感的幾何量測(cè)量―視覺(jué)測(cè)量，尤其是3D坐標(biāo)尺寸測(cè)量，在現(xiàn)代工業(yè)制造領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用背景。視覺(jué)像機(jī)是視覺(jué)測(cè)量的基礎(chǔ)。將通過(guò)鏡頭投影到傳感器的圖像傳送到能夠儲(chǔ)存、分析和（或者）顯示的機(jī)器設(shè)備上。現(xiàn)代傳感器技術(shù) <12>7.1.3視覺(jué)傳感技術(shù)的發(fā)展視覺(jué)傳感應(yīng)用于測(cè)量是多方面的7.1.3視覺(jué)傳感技術(shù)的發(fā)展視覺(jué)測(cè)量的分析方法的顯著變化采用多參數(shù)的非線性模型和誤差補(bǔ)償措施；將精密測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)的標(biāo)定方法、設(shè)備和技術(shù)引入到計(jì)算機(jī)視覺(jué)中；結(jié)合近景攝影測(cè)量理論和計(jì)算機(jī)視覺(jué)。視覺(jué)測(cè)量的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大早期主要用于特定的、有非接觸要求的場(chǎng)合；現(xiàn)今可以滿足絕大多數(shù)工業(yè)測(cè)量需求?，F(xiàn)代傳感器技術(shù) <13>7.1.3視覺(jué)傳感技術(shù)的發(fā)展視覺(jué)測(cè)量的分析方法的顯著變化本章內(nèi)容7.1概述7.2圖像傳感器7.33D視覺(jué)傳感技術(shù)7.4智能視覺(jué)傳感技術(shù)7.5視覺(jué)傳感應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)代傳感器技術(shù) <14>本章內(nèi)容7.1概述現(xiàn)代傳感器技術(shù) <14>7.2.1攝像管工作原理典型的光電攝像管包含三個(gè)基本部分：鑲嵌板集電環(huán)電子槍當(dāng)光線照在光電管上，電子被打出，投影在鑲嵌板上的圖像將變成一幅正電荷的分布圖。集電環(huán)收集光電管所放出的電子，移出光電發(fā)像管電子槍發(fā)射電子形成電子束。電子束逐個(gè)掃描鑲嵌板上的個(gè)光電管時(shí)，便形成一系列電脈沖?，F(xiàn)代傳感器技術(shù) <15>7.2.1攝像管工作原理典型的光電攝像管包含三個(gè)基本部7.2.1攝像管工作原理電荷耦合器件CCD（ChargeCoupledDevice）傳感器使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電荷信號(hào)。當(dāng)CCD表面受到光線照射時(shí)，每個(gè)感光單位會(huì)將電荷反映在組件上。所有的感光單位所產(chǎn)生的信號(hào)加在一起，就構(gòu)成了一幅完整的畫(huà)面。CCD以電荷作為信號(hào)?；竟δ埽盒盘?hào)電荷的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、傳輸和檢測(cè)(即輸出)?，F(xiàn)代傳感器技術(shù) <16>7.2.1攝像管工作原理電荷耦合器件CCD（Charg7.2.2電荷耦合攝像器件工作原理現(xiàn)代傳感器技術(shù) <17>當(dāng)光入射到CCD的光敏面時(shí)，便產(chǎn)生了光電荷。CCD在某一時(shí)刻所獲得的光電荷與前期所產(chǎn)生的光電荷進(jìn)行累加，稱為電荷積分。入射光越強(qiáng)，通過(guò)電荷積分所得到的光電荷量越大?；竟δ芤?/p>

光電荷的產(chǎn)生7.2.2電荷耦合攝像器件工作原理現(xiàn)代傳感器技術(shù) <17.2.2電荷耦合攝像器件工作原理現(xiàn)代傳感器技術(shù) <18>構(gòu)成CCD的基本單元是MOS結(jié)構(gòu)。如圖所示.UG=0時(shí)，P型半導(dǎo)體中的空穴(多數(shù)載流子)分布是均勻的；UG<Uth時(shí)，空穴被排斥，產(chǎn)生耗盡區(qū)；UG>Uth時(shí)，表面勢(shì)Φs變得很高，形成反型層，反型層電荷的存在表明了MOS結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)電荷的功能?；竟δ芏?/p>

電荷的存儲(chǔ)7.2.2電荷耦合攝像器件工作原理現(xiàn)代傳感器技術(shù) <17.2.2電荷耦合攝像器件工作原理如圖(a)空勢(shì)阱的情況。在沒(méi)有反型層時(shí)，勢(shì)阱的深度和UG成正比例關(guān)系。如圖(b)，當(dāng)反型層電荷填充勢(shì)阱時(shí)，表面勢(shì)收縮.如圖(c)所示，反型層電荷濃度繼續(xù)增加，勢(shì)阱被填充更多，此時(shí)表面不再束縛多余的電子，電子將產(chǎn)生“溢出”現(xiàn)象?，F(xiàn)代傳感器技術(shù) <19>7.2.2電荷耦合攝像器件工作原理如圖(a)空勢(shì)阱的情7.2.2電荷耦合攝像器件工作原理如圖示意CCD中勢(shì)阱中電荷的轉(zhuǎn)移：(a)

初始狀態(tài)；

(b)

電荷由(1)電極向

(2)電極轉(zhuǎn)移；

(c)

電荷在(1)(2)電極均勻分布；(d)

電荷繼續(xù)由(1)電極向(2)電極轉(zhuǎn)移；(e)

電荷完全轉(zhuǎn)移到(2)電極；(f)

三相轉(zhuǎn)移脈沖轉(zhuǎn)移?，F(xiàn)代傳感器技術(shù) <20>通過(guò)按一定的時(shí)序在電極上施加高低電平，可以實(shí)現(xiàn)光電荷在相鄰勢(shì)阱間的轉(zhuǎn)移。基本功能三

電荷的轉(zhuǎn)移7.2.2電荷耦合攝像器件工作原理如圖示意CCD中勢(shì)阱7.2.2電荷耦合攝像器件工作原理現(xiàn)代傳感器技術(shù) <21>光電荷的輸出是指在光電荷轉(zhuǎn)移通道的末端，將電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號(hào)輸出，也稱為光電荷的檢測(cè)?；竟δ芩?/p>

光電荷的輸出CCD電荷的檢出方式還有浮置擴(kuò)散輸出、浮置柵放大器輸出等。其結(jié)構(gòu)示意如圖7-6、圖7-7所示。7.2.2電荷耦合攝像器件工作原理現(xiàn)代傳感器技術(shù) <27.2.3CCD圖像傳感器現(xiàn)代傳感器技術(shù) <22>CCD圖像傳感器線陣CCD傳感器面陣CCD傳感器單溝道線陣CCD雙溝道線陣CCD幀轉(zhuǎn)移型面陣CCD電荷耦合器件行間轉(zhuǎn)移型面陣CCD電荷耦合器件幀-行轉(zhuǎn)移型面陣CCD電荷耦合器件7.2.3CCD圖像傳感器現(xiàn)代傳感器技術(shù) <22>CC7.2.3CCD圖像傳感器圖示是三相單溝道線陣CCD的結(jié)構(gòu)圖。光敏元陣列與轉(zhuǎn)移區(qū)-移位寄存器是分開(kāi)的，移位寄存器被遮擋。這種結(jié)構(gòu)的CCD轉(zhuǎn)移次數(shù)多，效率低，只適用于像敏元較少的攝像器件。圖示為雙溝道線陣CCD的結(jié)構(gòu)圖。它具有兩列移位寄存器A和B，分別位于像敏陣列的兩邊。當(dāng)轉(zhuǎn)移柵為高電平時(shí)，光積分陣列的信號(hào)電荷包同時(shí)按箭頭所示方向轉(zhuǎn)移到對(duì)應(yīng)的移位寄存器中，然后在驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下分別向右轉(zhuǎn)移，最后以視頻信號(hào)輸出。現(xiàn)代傳感器技術(shù) <23>7.2.3CCD圖像傳感器圖示是三相單溝道線陣CCD的7.2.3CCD圖像傳感器幀轉(zhuǎn)移型面陣CCD電荷耦合器件(FT-CCD)由成像區(qū)、存儲(chǔ)區(qū)和讀出寄存器3個(gè)基本區(qū)域組成，由三相脈沖驅(qū)動(dòng)，又稱三相驅(qū)動(dòng)式面陣CCD電荷耦合器件?，F(xiàn)代傳感器技術(shù) <24>優(yōu)點(diǎn)：①電極結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；②較高的分辨率和靈敏度。缺點(diǎn)：①尺寸較大；②易形成光“污染”嚴(yán)重時(shí)形成垂直拖尾現(xiàn)象。7.2.3CCD圖像傳感器幀轉(zhuǎn)移型面陣CCD電荷耦合器7.2.3CCD圖像傳感器行間轉(zhuǎn)移型面陣CCD電荷耦合器件(IT-CDD)的感光行與垂直位移寄存器相間排列，由轉(zhuǎn)移柵極控制電荷的轉(zhuǎn)移和輸出?，F(xiàn)代傳感器技術(shù) <25>優(yōu)點(diǎn)：

①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，面積小；②較高的空間頻率；③垂直拖尾減輕。缺點(diǎn)：①防止漏光，總的感光面積減小，靈敏度降低；②有部分入射光到達(dá)垂直位移寄存器，形成光污染。7.2.3CCD圖像傳感器行間轉(zhuǎn)移型面陣CCD電荷耦合7.2.3CCD圖像傳感器CCD圖像傳感器現(xiàn)代傳感器技術(shù) <26>7.2.3CCD圖像傳感器CCD圖像傳感器現(xiàn)代傳感器技7.2.4CMOS圖像傳感器CMOS圖像傳感器(CIS)由許多光敏單元組成。根據(jù)光敏像元結(jié)構(gòu)的不同，可分為光柵型和光電二極管型。根據(jù)敏感單元內(nèi)是否具有放大功能，可分為無(wú)源像素圖像傳感器（PPS）和有源像素圖像傳感器(APS)。現(xiàn)代傳感器技術(shù) <27>7.2.4CMOS圖像傳感器CMOS圖像傳感器(CIS)由7.2.4CMOS圖像傳感器1、無(wú)源像素結(jié)構(gòu)無(wú)源像素傳感器的像元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有信號(hào)放大作用，是由一個(gè)反向偏置的光敏二極管(MOS管或p-n結(jié)二極管)和一個(gè)行選擇開(kāi)關(guān)管Tx構(gòu)成?，F(xiàn)代傳感器技術(shù) <28>優(yōu)點(diǎn)：①在給定的單元尺寸下，可設(shè)計(jì)出最高的填充系數(shù)②在給定的設(shè)計(jì)填充系數(shù)下，單元尺寸可設(shè)計(jì)得最?、劭色@得較高的“量子效率”

有利于提高器件的靈敏度不足:①存在較大的固有圖形噪聲②列線不宜過(guò)長(zhǎng)，減小分布參數(shù)影響7.2.4CMOS圖像傳感器1、無(wú)源像素結(jié)構(gòu)現(xiàn)代傳感器技術(shù)7.2.4CMOS圖像傳感器2、有源像素結(jié)構(gòu)（1）光敏二極管型有源像素結(jié)構(gòu)光敏二極管型有源像素結(jié)構(gòu)如圖所示，每個(gè)像元包括三個(gè)晶體管和一個(gè)光敏二極管。光敏面沒(méi)有多晶硅層疊，光敏二極管型APS量子效率較高；難以設(shè)計(jì)在片相關(guān)雙取樣電路，讀出噪聲出復(fù)位噪聲限制，典型值為75～100個(gè)均方根電子。CMOS光敏二極管型APS適宜于大多數(shù)中低性能的應(yīng)用?，F(xiàn)代傳感器技術(shù) <29>7.2.4CMOS圖像傳感器2、有源像素結(jié)構(gòu)現(xiàn)代傳感器技術(shù)7.2.4CMOS圖像傳感器（2）光柵型有源像素結(jié)構(gòu)光柵型有源像素傳感器結(jié)合了CCD和X-Y尋址的優(yōu)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)如圖所示，每個(gè)像元采用了五個(gè)晶體管。采用0.25um工藝將允許達(dá)到5um的像元間距。由于可以設(shè)置CDS電路和雙Δ取樣DDS)電路，其讀出噪聲小，一般為10～20個(gè)均方根電子，可接近高檔CCD水平，目前已有讀出噪聲為5個(gè)均方根電子的報(bào)道CMOS光柵型APS適用于高性能科學(xué)成像和低光照成像?，F(xiàn)代傳感器技術(shù) <30>7.2.4CMOS圖像傳感器（2）光柵型有源像素結(jié)構(gòu)現(xiàn)代傳7.2.4CMOS圖像傳感器CMOS傳感器現(xiàn)代傳感器技術(shù) <31>7.2.4CMOS圖像傳感器CMOS傳感器現(xiàn)代傳感器技術(shù) 7.2.5CCD與CMOS圖像傳感器比較與CCD圖像傳感器相比，CMOS圖像傳感器具有明顯的優(yōu)勢(shì)。CCD存儲(chǔ)的電荷轉(zhuǎn)移和讀取電路較為復(fù)雜，速度較慢；CMOS信號(hào)讀取十分簡(jiǎn)單，能同時(shí)處理各單元的圖像信息，速度比CCD快得多。CCD器件的成像點(diǎn)為X-Y縱橫矩陣排列且僅能輸出模擬電信號(hào)；CMOS器件的集成度高、體積小、重量輕，具有高度系統(tǒng)整合的條件。從功耗和兼容性來(lái)看，CCD功耗大；而CMOS-APS具有功耗低、兼容性好的特點(diǎn)。CCD傳感器成本高；CMOS傳感器成品率高，制造成本低。CMOS-APS比CCD圖像質(zhì)量高。高速性是CMOS電路的固有特性。CMOS圖像傳感器具有更強(qiáng)的靈活性.現(xiàn)代傳感器技術(shù) <32>7.2.5CCD與CMOS圖像傳感器比較與CCD圖像傳7.2.5CCD與CMOS圖像傳感器比較現(xiàn)代傳感器技術(shù) <33>7.2.5CCD與CMOS圖像傳感器比較現(xiàn)代傳感器技術(shù)本章內(nèi)容7.1概述7.2圖像傳感器7.33D視覺(jué)傳感技術(shù)7.4智能視覺(jué)傳感技術(shù)7.5視覺(jué)傳感應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)代傳感器技術(shù) <34>本章內(nèi)容7.1概述現(xiàn)代傳感器技術(shù) <34>7.3.13D視覺(jué)傳感原理3D視覺(jué)傳感是指采用一個(gè)或多個(gè)圖象傳感器（攝像機(jī)等）作為傳感元件，在特定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的支持下，綜合利用其它輔助信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物體的尺寸及空間位姿的三維非接觸測(cè)量?；谌欠ǖ闹鲃?dòng)和被動(dòng)視覺(jué)測(cè)量原理抗干擾能力強(qiáng)效率高精度合適組成簡(jiǎn)潔適合制造現(xiàn)場(chǎng)的在線、非接觸測(cè)量，是實(shí)際應(yīng)用的主流?，F(xiàn)代傳感器技術(shù) <35>7.3.13D視覺(jué)傳感原理3D視覺(jué)傳感是指采用一個(gè)或多個(gè)圖7.3.13D視覺(jué)傳感原理3D視覺(jué)測(cè)量模型包括三個(gè)層次：攝像機(jī)成像模型、3D傳感器測(cè)量模型、3D測(cè)量系統(tǒng)模型，與此對(duì)應(yīng)，標(biāo)定問(wèn)題也分為三個(gè)層次?，F(xiàn)代傳感器技術(shù) <36>基于三角法的3D視覺(jué)測(cè)量方法結(jié)構(gòu)光方法通過(guò)構(gòu)造結(jié)構(gòu)光，使得結(jié)構(gòu)光平面和攝像機(jī)之間配置成三角測(cè)量關(guān)系，依靠被測(cè)點(diǎn)成像光束和結(jié)構(gòu)光平面的交匯約束，求解3D信息。立體視覺(jué)方法采用兩個(gè)以上的攝像機(jī)在空間構(gòu)成三角配置，利用被測(cè)點(diǎn)在多個(gè)攝像機(jī)中成像位置的不同（所謂“視差”），由多個(gè)攝像機(jī)的成像光束在空間交匯，由此得到被測(cè)點(diǎn)3D信息。7.3.13D視覺(jué)傳感原理3D視覺(jué)測(cè)量模型包括三個(gè)層次：攝7.3.2攝像機(jī)模型及結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定技術(shù)現(xiàn)代傳感器技術(shù) <37>攝像機(jī)模型基于像機(jī)成像過(guò)程和自身物理參數(shù)的成像模型基于投影變換關(guān)系的模型針孔成像模型直接線性變換模型攝影測(cè)量模型7.3.2攝像機(jī)模型及結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定技術(shù)現(xiàn)代傳感器技術(shù) <7.3.2攝像機(jī)模型及結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定技術(shù)現(xiàn)代傳感器技術(shù) <38>針孔成像模型PQzoxy攝像機(jī)針孔模型P為物點(diǎn)，Q為像點(diǎn)，像機(jī)針孔模型的數(shù)學(xué)表示：

式中，q=（x，y）為像點(diǎn)Q在攝像機(jī)像平面上的坐標(biāo)；p=（xw,，yw，zw）為P在攝像機(jī)坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)；F

—透視變換矩陣；M

—旋轉(zhuǎn)矩陣；T

—平移矩陣；（7-1）7.3.2攝像機(jī)模型及結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定技術(shù)現(xiàn)代傳感器技術(shù) <7.3.2攝像機(jī)模型及結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定技術(shù)現(xiàn)代傳感器技術(shù) <39>式中，表示刻度因子；F、M、T三個(gè)矩陣，它們與針孔模型中具有相同的含義；V、B兩個(gè)矩陣是補(bǔ)償矩陣。直接線性變換模型（7-2）DLT模型由下式表述：式中，p，q與（7-1）中相同；A為矩陣，可分解為（7-3）7.3.2攝像機(jī)模型及結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定技術(shù)現(xiàn)代傳感器技術(shù) <7.3.2攝像機(jī)模型及結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定技術(shù)現(xiàn)代傳感器技術(shù) <40>攝影測(cè)量模型假設(shè)(xu,yu)為空間物點(diǎn)P

在像平面上理想像點(diǎn)坐標(biāo)，實(shí)際像點(diǎn)位置為(xd,yd)，則（7-4）其中，Cx、Cy為像面中心，x、y為成像綜合畸變（修正因子），可采用下列模型：（7-5）式中：7.3.2攝像機(jī)模型及結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定技術(shù)現(xiàn)代傳感器技術(shù) <7.3.2攝像機(jī)模型及結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定技術(shù)直接標(biāo)定及技術(shù)通過(guò)建立已知空間點(diǎn)（控制點(diǎn)）三維坐標(biāo)（Xw,Yw,Zw）及其對(duì)應(yīng)成像點(diǎn)的二維像面坐標(biāo)（xd，yd）之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系：對(duì)于較小視場(chǎng)的成像，可以通過(guò)精確的共面或非共面的靶標(biāo)建立控制點(diǎn)的三維物點(diǎn)和二維特征像點(diǎn)的對(duì)應(yīng)；對(duì)于較大視場(chǎng)的成像，可以通過(guò)大型CMM

構(gòu)造較大空間的三維控制點(diǎn)?，F(xiàn)代傳感器技術(shù) <41>（b）（c）（a）標(biāo)定控制點(diǎn)（a）CMM虛擬控制點(diǎn)（b）共面控制點(diǎn)（c）非共面控制點(diǎn)7.3.2攝像機(jī)模型及結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定技術(shù)直接標(biāo)定及技術(shù)現(xiàn)代7.3.2攝像機(jī)模型及結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定技術(shù)直接標(biāo)定技術(shù)以攝影測(cè)量模型為例，由成像模型得到：現(xiàn)代傳感器技術(shù) <42>式中：（Xw,Yw,Zw）為控制點(diǎn)空間坐標(biāo)（已知量）（xd，yd）為控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)象點(diǎn)的象素坐標(biāo)（已知量）f、Cx、Cy、k1、k2、k3、b1、b2、P1、P2

為模型

參數(shù)（未知量），

為像機(jī)坐標(biāo)系OXYZ到世界坐

標(biāo)系OwXwYwZw之間的變換關(guān)系，即像機(jī)姿態(tài)外

參數(shù)（未知量），解算上述非線性方程組，可以得到模型參數(shù)。7.3.2攝像機(jī)模型及結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定技術(shù)直接標(biāo)定技術(shù)現(xiàn)代傳7.3.2攝像機(jī)模型及結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定技術(shù)自標(biāo)定技術(shù)基本思路：在空間簡(jiǎn)單設(shè)置標(biāo)定控制點(diǎn)，控制點(diǎn)的空間坐標(biāo)未知，像機(jī)在不同的姿態(tài)（）條件下，獲取視場(chǎng)中控制點(diǎn)的圖像，處理得到控制點(diǎn)的象面坐標(biāo)。現(xiàn)代傳感器技術(shù) <43>xm,ym,zmOXYZ光束定向交匯自標(biāo)定原理7.3.2攝像機(jī)模型及結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定技術(shù)自標(biāo)定技術(shù)現(xiàn)代傳感7.3.2攝像機(jī)模型及結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定技術(shù)自標(biāo)定技術(shù)本質(zhì)：將像機(jī)的姿態(tài)、控制點(diǎn)的空間坐標(biāo)以及模型參數(shù)均作為未知量，以控制點(diǎn)的成像光束在空間交匯作為已知條件，建立高度非線性的大規(guī)模方程組，從中解算像機(jī)模型參數(shù)，原理上消除了直接標(biāo)定方法中要求控制點(diǎn)三維坐標(biāo)已知的局限性。優(yōu)點(diǎn)：對(duì)工作環(huán)境要求不高，易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)定結(jié)果不受控制點(diǎn)坐標(biāo)精度影響，標(biāo)定精度高標(biāo)定過(guò)程可以和測(cè)量過(guò)程有機(jī)結(jié)合適合大尺寸視覺(jué)測(cè)量現(xiàn)代傳感器技術(shù) <44>7.3.2攝像機(jī)模型及結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定技術(shù)自標(biāo)定技術(shù)現(xiàn)代傳感7.3.3結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器測(cè)量原理設(shè)攝象機(jī)坐標(biāo)系為OXYZ

，光平面和被測(cè)物體相交形成光條l

，記光條上一特征點(diǎn)P

在OXYZ中的坐標(biāo)為（X，Y，Z），光平面在OXYZ

中的方程已知，特征點(diǎn)P在攝象機(jī)象素坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為（xm，ym），由攝象機(jī)數(shù)學(xué)模型知現(xiàn)代傳感器技術(shù) <45>又，P點(diǎn)在光平面內(nèi)其中，fx，fy是攝象機(jī)的模型函數(shù)，可以通過(guò)精確的攝象機(jī)標(biāo)定過(guò)程得到；fp為光平面在OXYZ坐標(biāo)系中的方程，在標(biāo)定傳感器時(shí)精確求得。聯(lián)立方程可解出被測(cè)物體上特征點(diǎn)P在坐標(biāo)系OXYZ

中的三維坐標(biāo)。結(jié)構(gòu)光傳感器測(cè)量原理7.3.3結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器測(cè)量原理現(xiàn)代傳感器技術(shù) <47.3.3結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器標(biāo)定現(xiàn)代傳感器技術(shù) <46>標(biāo)定借助一個(gè)細(xì)絲靶標(biāo)進(jìn)行，細(xì)絲靶標(biāo)上固定n個(gè)（相互近似平行）細(xì)直鋼絲l1，…，ln。將細(xì)絲靶標(biāo)固定在傳感器的工作空間，取細(xì)絲方向和光平面的法向一致。光平面入射到靶標(biāo)細(xì)絲上時(shí)產(chǎn)生n個(gè)散射亮點(diǎn)Pi（i=1,…,n），Pi對(duì)應(yīng)像點(diǎn)的象素坐標(biāo)由計(jì)算機(jī)處理得到。相應(yīng)地，Pi的空間三維坐標(biāo)（xw，yw，zw）可用另外的空間坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備測(cè)量。設(shè)Pi在OXwYwZw坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為（xwi，ywi，zwi），Pi對(duì)應(yīng)像點(diǎn)的象素坐標(biāo)為（xdi，ydi）。在光平面F內(nèi)，取P0點(diǎn)為原點(diǎn)，P0P1為X方向，光平面法線方向?yàn)閆方向，由X、Z方向按右手法則，在F上建立坐標(biāo)系OXfYfZf。由空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，容易將Pi在OXwYwZw坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到坐標(biāo)系OXfYfZf中，設(shè)經(jīng)轉(zhuǎn)換后Pi在OXfYfZf坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為（xfi，yfi，zfi），因?yàn)镻i在OXfYfZf的xy平面內(nèi)，所以zfi=0。結(jié)構(gòu)光傳感器標(biāo)定7.3.3結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器標(biāo)定現(xiàn)代傳感器技術(shù) <46>7.3.3結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器現(xiàn)代傳感器技術(shù) <47>假設(shè)坐標(biāo)系OXfYfZf到攝像機(jī)坐標(biāo)系OXYZ的旋轉(zhuǎn)矩陣為R，平移矩陣為T(mén)，則

（7-8）且

（7-9）展開(kāi)（7-8），利用矩陣元素之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到式中：r1,…,r9為Rt矩陣中的元素；txtytz為T(mén)矩陣中的元素。R為旋轉(zhuǎn)矩陣，存在正交約束由(7-9),(7-10)，采用一般的非線性方程組解法，可以解出R矩陣中的元素r1,…,r9，T矩陣中的元素txtytz。（7-10）7.3.3結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器現(xiàn)代傳感器技術(shù) <47>假設(shè)7.3.3結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器光平面F在攝像機(jī)坐標(biāo)系中的位姿可理解為：經(jīng)過(guò)OXfYfZf坐標(biāo)系原點(diǎn)，平面法線矢量為OXfYfZf的Z軸方向。令F0=（tx，ty，tz）；n0=（r1，r4，r7）（r2，r5，r8），于是，光平面F在OXYZ坐標(biāo)系中的點(diǎn)法式平面方程為式中：X=（x，y，z）為光平面F上的點(diǎn)在OXYZ坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。該方程表明了光平面在攝像機(jī)坐標(biāo)系中的位姿，是光條結(jié)構(gòu)光傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。現(xiàn)代傳感器技術(shù) <48>7.3.3結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器光平面F在攝像機(jī)坐標(biāo)系中的位7.3.4雙目視覺(jué)傳感器測(cè)量原理左攝象機(jī)坐標(biāo)系為O1X1Y1Z1

，右攝象機(jī)坐標(biāo)系為O2X2Y2Z2

，空間被測(cè)點(diǎn)P

在左、右攝象機(jī)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分別為（x1，y1，z1），（x2，y2，z2），P點(diǎn)在左、右攝象機(jī)象素坐標(biāo)系中的象素坐標(biāo)分別為（x1m，y1m），（x2m，y2m），由攝象機(jī)模型知現(xiàn)代傳感器技術(shù) <49>（7-12）（7-13）式中，f1x，f1y和

f2x，f2y分別為左、右攝象機(jī)的模型函數(shù)，通過(guò)標(biāo)定攝象機(jī)準(zhǔn)確得到。雙目立體視覺(jué)測(cè)量原理7.3.4雙目視覺(jué)傳感器測(cè)量原理現(xiàn)代傳感器技術(shù) <49>7.3.4雙目視覺(jué)傳感器設(shè)左、右攝象機(jī)坐標(biāo)系O1X1Y1Z1

，O2X2Y2Z2

之間的關(guān)系可表示為式中現(xiàn)代傳感器技術(shù) <50>（7-14）R為3X3階坐標(biāo)系間旋轉(zhuǎn)變換矩陣；T為3X1階坐標(biāo)系間平移變換矩陣；R，T在立體視覺(jué)傳感器中是已知的，可通過(guò)傳感器標(biāo)定嚴(yán)格求出。由（7-12）（7-13）（7-14）解出被測(cè)空間點(diǎn)P在左攝象機(jī)坐標(biāo)系O1X1Y1Z1中的三維坐標(biāo)。7.3.4雙目視覺(jué)傳感器設(shè)左、右攝象機(jī)坐標(biāo)系O1X1Y17.3.4雙目視覺(jué)傳感器標(biāo)定原理左攝像機(jī)坐標(biāo)系為OX1Y1Z1，右攝像機(jī)坐標(biāo)系為OX2Y2Z2，靶標(biāo)坐標(biāo)系為OXYZ。設(shè)OXYZ到OX1Y1Z1的旋轉(zhuǎn)矩陣為R1，平移矩陣為T(mén)1，OXYZ到OX2Y2Z2的旋轉(zhuǎn)矩陣為R2，平移矩陣為T(mén)2，有現(xiàn)代傳感器技術(shù) <51>（7-15）（7-16）式中：X1=（x1，y1，z1）為點(diǎn)在OX1Y1Z1坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；X2=（x2，y2，z2）為點(diǎn)在OX2Y2Z2坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；X=（x，y，z）為點(diǎn)在OXYZ坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；（7-17）雙目特征傳感器的標(biāo)定7.3.4雙目視覺(jué)傳感器標(biāo)定原理現(xiàn)代傳感器技術(shù) <51>7.3.4雙目視覺(jué)傳感器即：OX2Y2Z2坐標(biāo)系到OX1Y1Z1坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)矩陣，平移矩陣分別為（7-18）和（7-19）式是雙目特征傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，其中R1，R2，T1，T2，矩陣分別為采用同一靶標(biāo)標(biāo)定傳感器中兩個(gè)攝像機(jī)同時(shí)得到的攝像機(jī)外部參數(shù)。以上分析可知：雙目特征傳感器中兩個(gè)攝像機(jī)的標(biāo)定，以及攝像機(jī)之間關(guān)系的結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定可以同時(shí)進(jìn)行，標(biāo)定工作量可明顯減少?，F(xiàn)代傳感器技術(shù) <52>（7-18）（7-19）7.3.4雙目視覺(jué)傳感器即：OX2Y2Z2坐標(biāo)系到OX17.3.4雙目視覺(jué)傳感器光束定向交匯約束在雙攝像機(jī)的重合視場(chǎng)中任意設(shè)置控制點(diǎn)（點(diǎn)的空間坐標(biāo)無(wú)需已知）Pi，控制點(diǎn)在兩個(gè)攝像機(jī)中的成像光束必定在空間交匯，以此為約束可以精確求解攝像機(jī)之間的空間變換關(guān)系，。對(duì)于較小視場(chǎng)（測(cè)量空間）的傳感器，也可采用固定靶標(biāo)產(chǎn)生控制點(diǎn)?，F(xiàn)代傳感器技術(shù) <53>O2X2Y2Z2控制點(diǎn)Pi(i=1,…,n)O1X1Y1Z1光束定向交匯約束標(biāo)定雙攝像機(jī)位姿7.3.4雙目視覺(jué)傳感器光束定向交匯約束現(xiàn)代傳感器技術(shù)7.3.5組合視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)多個(gè)傳感器安裝在剛性支架上形成統(tǒng)一的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)。每個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)大型被測(cè)物體一個(gè)局部區(qū)域的測(cè)量，所有傳感器組合實(shí)現(xiàn)對(duì)物體多個(gè)不同區(qū)域的測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物體的整體測(cè)量。現(xiàn)代傳感器技術(shù) <54>多視覺(jué)傳感器組成的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)7.3.5組合視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)多個(gè)傳感器安裝在剛性支架上形7.3.5組合視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)的組合視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)現(xiàn)代傳感器技術(shù) <55>7.3.5組合視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)的組合視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)現(xiàn)7.3.5組合視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)現(xiàn)代傳感器技術(shù) <56>令傳感器（測(cè)頭）坐標(biāo)系為OsXsYsZs，外部測(cè)量坐標(biāo)系為OoXoYoZo

，靶標(biāo)坐標(biāo)系為OTXTYTZT，系統(tǒng)測(cè)量坐標(biāo)系為ObXbYbZb，標(biāo)定時(shí)：首先，測(cè)頭和外部測(cè)量裝置同時(shí)測(cè)量靶標(biāo)，分別建立測(cè)頭坐標(biāo)系OsXsYsZs和靶標(biāo)坐標(biāo)系OTXTYTZT，靶標(biāo)坐標(biāo)系OTXTYTZT和外部測(cè)量坐標(biāo)系OoXoYoZo之間的關(guān)系，此外，用外部測(cè)量裝置測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量坐標(biāo)系（基準(zhǔn)點(diǎn)位置），建立外部測(cè)量坐標(biāo)系OoXoYoZo和系統(tǒng)坐標(biāo)系ObXbYbZb之間的關(guān)系，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換鏈：可以得到每一個(gè)測(cè)頭坐標(biāo)系到系統(tǒng)測(cè)量坐標(biāo)系的變換關(guān)系，即系統(tǒng)標(biāo)定。OsXsYsZs

－>

OTXTYTZT－>

OoXoYoZo－>

ObXbYbZb全局標(biāo)定原理7.3.5組合視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)現(xiàn)代傳感器技術(shù) <56>令傳本章內(nèi)容7.1概述7.2圖像傳感器7.33D視覺(jué)傳感技術(shù)7.4智能視覺(jué)傳感技術(shù)7.5視覺(jué)傳感應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)代傳感器技術(shù) <57>本章內(nèi)容7.1概述現(xiàn)代傳感器技術(shù) <57>7.4.1智能視覺(jué)傳感器及其結(jié)構(gòu)組成

智能視覺(jué)傳感器(IntelligentVisionSensor)通常也稱為智能相機(jī)(SmartCamera)，是一種集圖像采集、分析處理和信息傳輸于一體的微小型視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，是一種嵌入式視覺(jué)傳感器?，F(xiàn)代傳感器技術(shù) <58>OMRONSensopart7.4.1智能視覺(jué)傳感器及其結(jié)構(gòu)組成智能視覺(jué)傳感器(7.4.1智能視覺(jué)傳感器及其結(jié)構(gòu)組成現(xiàn)代傳感器技術(shù) <59>智能視覺(jué)傳感器結(jié)構(gòu)組成作用器件圖像采集單元將光學(xué)影像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，傳遞給圖像處理單元CCD圖像傳感器、CMOS圖像傳感器圖像處理單元完成圖像信息的分析處理工作通用處理器、ASIC、DSP、MediaDSP和FPGA圖像處理軟件圖像的預(yù)處理、圖像特征的提取、針對(duì)特定檢測(cè)任務(wù)的分析處理針對(duì)具體應(yīng)用的完整軟件、具有圖形開(kāi)發(fā)接口的軟件包、基本的圖像處理算法庫(kù)7.4.1智能視覺(jué)傳感器及其結(jié)構(gòu)組成現(xiàn)代傳感器技術(shù) <7.4.1智能視覺(jué)傳感器及其結(jié)構(gòu)組成現(xiàn)代傳感器技術(shù) <60>智能視覺(jué)傳感器結(jié)構(gòu)組成作用器件信息存儲(chǔ)單元負(fù)責(zé)有選擇性地將有用的信息存儲(chǔ)起來(lái)，以用來(lái)顯示或傳輸給其它計(jì)算機(jī)或控制設(shè)備小型硬盤(pán)或存儲(chǔ)卡信息通訊單元完成智能視覺(jué)傳感器和其它計(jì)算機(jī)或計(jì)算控制設(shè)備之間的圖像數(shù)據(jù)傳輸和控制信息傳遞任務(wù)以太網(wǎng)接口、IEEE1394、CameraLink、USB或I/O接口顯示單元負(fù)責(zé)顯示智能視覺(jué)傳感器的相關(guān)信息7.4.1智能視覺(jué)傳感器及其結(jié)構(gòu)組成現(xiàn)代傳感器技術(shù) <7.4.2智能視覺(jué)傳感器的特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代傳感器技術(shù) <61>智能視覺(jué)傳感器的特點(diǎn)基于PC的視覺(jué)系統(tǒng)的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，易于安裝在生產(chǎn)線和各種設(shè)備上，便于裝卸和移動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積相對(duì)龐大，安裝難度相對(duì)較大，便攜性差高度的系統(tǒng)集成大大降低了系統(tǒng)的安裝和調(diào)試難度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)使用簡(jiǎn)單方便由于其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，安裝和調(diào)試相對(duì)困難得多，需要一定的視覺(jué)經(jīng)驗(yàn)系統(tǒng)配置了功能齊全、性能強(qiáng)大的圖像分析處理軟件，無(wú)需編程，極大的提高了應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)速度軟件一般完全或部分由用戶自己開(kāi)發(fā)，難度相對(duì)較大，大大減慢了視覺(jué)系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)速度7.4.2智能視覺(jué)傳感器的特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代傳感器技術(shù)7.4.2智能視覺(jué)傳感器的特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢(shì)智能視覺(jué)傳感器的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，提高硬件系統(tǒng)的效率和可靠性開(kāi)發(fā)性能更好、可靠性更高的嵌入式圖像處理軟件建立智能視覺(jué)傳感器相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)代傳感器技術(shù) <62>7.4.2智能視覺(jué)傳感器的特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢(shì)智能視覺(jué)傳感器7.4.3幾種典型的智能視覺(jué)傳感器現(xiàn)代傳感器技術(shù) <63>德國(guó)Feith公司的CanCam智能視覺(jué)傳感器采用ProgressiveScanCMOS圖像傳感器，分辨率為1280×1024采用MotorolaColdFire66MHz作為處理器，操作系統(tǒng)為EmbeddedLinux，具有64Mb的SDRAM和8Mb的Flash支持以太網(wǎng)接口和串口RS232的數(shù)據(jù)通訊，支持CAN總線提供SCACoake圖像處理軟件，支持用戶編程7.4.3幾種典型的智能視覺(jué)傳感器現(xiàn)代傳感器技術(shù) <637.4.3幾種典型的智能視覺(jué)傳感器現(xiàn)代傳感器技術(shù) <64>德國(guó)VisionComponent公司的VC40XX系列智能視覺(jué)傳感器功耗7W采用ProgressiveScanCCD圖像傳感器，分辨率為640×480采用TITM320C64400MHz作為處理器，操作系統(tǒng)為VCRT，具有32Mb的SDRAM和4Mb的Flash支持以太網(wǎng)接口和串口RS232的數(shù)據(jù)通訊，可選擇VGA視頻輸出提供VCLIB基礎(chǔ)圖像處理函數(shù)庫(kù)，支持用戶編程7.4.3幾種典型的智能視覺(jué)傳感器現(xiàn)代傳感器技術(shù) <647.4.3幾種典型的智能視覺(jué)傳感器現(xiàn)代傳感器技術(shù) <65>加拿大Matrox公司的Iris系列智能視覺(jué)傳感器功耗9W采用ProgressiveScanCCD圖像傳感器，分辨率有640×480和1024×768兩種采用InterULPCeleron400MHz作為處理器，操作系統(tǒng)為WindowsCE.NET，具有128Mb的SDRAM和64Mb的Flash支持以太網(wǎng)接口和串口RS232的數(shù)據(jù)通訊提供Mil基礎(chǔ)圖像處理函數(shù)庫(kù)，支持用戶編程7.4.3幾種典型的智能視覺(jué)傳感器現(xiàn)代傳感器技術(shù) <657.4.3幾種典型的智能視覺(jué)傳感器現(xiàn)代傳感器技術(shù) <66>美國(guó)Cognex公司的InSight智能視覺(jué)傳感器功耗9W采用1/3“CCD圖像傳感器，分辨率640×480采用specificImageprocessor作為處理器，不支持操作系統(tǒng)，具有64Mb的SDRAM和16Mb的Flash支持以太網(wǎng)接口和串口RS232的數(shù)據(jù)通訊提供INSightExplorer圖像處理軟件，支持用戶編程7.4.3幾種典型的智能視覺(jué)傳感器現(xiàn)代傳感器技術(shù) <667.4.3幾種典型的智能視覺(jué)傳感器現(xiàn)代傳感器技術(shù) <67>美國(guó)Cognex公司的InSight智能視覺(jué)傳感器功耗大于5W采用1/3"CCD和1/3"CMOS兩種圖像傳感器，分辨率為640×480采用MotorolaPowerPC/TIDSP作為處理器，不支持操作系統(tǒng)，具有32Mb的SDRAM和16Mb的Flash支持以太網(wǎng)接口和串口RS232的數(shù)據(jù)通訊提供專門(mén)的圖像處理工具，支持用戶編程7.4.3幾種典型的智能視覺(jué)傳感器現(xiàn)代傳感器技術(shù) <67本章內(nèi)容7.1概述7.2圖像傳感器7.33D視覺(jué)傳感技術(shù)7.4智能視覺(jué)傳感技術(shù)7.5視覺(jué)傳感應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)代傳感器技術(shù) <68>本章內(nèi)容7.1概述現(xiàn)代傳感器技術(shù) <68>7.5.1汽車(chē)車(chē)身視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)汽車(chē)車(chē)身視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的主體是多個(gè)視覺(jué)傳感器，包括機(jī)械運(yùn)送機(jī)構(gòu)、機(jī)械定位機(jī)構(gòu)、電氣控制設(shè)備、計(jì)算機(jī)等相關(guān)組成部分?，F(xiàn)代傳感器技術(shù) <69>7.5.1汽車(chē)車(chē)身視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)汽車(chē)車(chē)身視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的主體7.5.1汽車(chē)車(chē)身視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)汽車(chē)車(chē)身視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量效率高測(cè)量工作全部自動(dòng)完成車(chē)身視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)的組成靈活現(xiàn)代傳感器技術(shù) <70>基于機(jī)器人的柔性視覺(jué)測(cè)量裝置多傳感器車(chē)身視覺(jué)測(cè)量應(yīng)用系統(tǒng)7.5.1汽車(chē)車(chē)身視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)汽車(chē)車(chē)身視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)7.5.2鋼管直線度、截面尺寸在線視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量原理：測(cè)量系統(tǒng)由多個(gè)結(jié)構(gòu)光傳感器組成，傳感器上結(jié)構(gòu)光投射器投射的光平面和被測(cè)鋼管相交，得到鋼管截面圓周上的部分圓弧，傳感器測(cè)量部分圓弧在空間中的位置。系統(tǒng)中每一個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)一個(gè)截