機器視覺技術(shù)及應(yīng)用 課件 第三章 機器視覺硬件系統(tǒng)

機器視覺硬件系統(tǒng)第三章機器視覺系統(tǒng)組成機器視覺系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)主要包括相機、鏡頭、光源、光源控制器、視覺控制器等。相機：用于捕獲圖像或視頻。相機可以是標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)相機，也可以是專門設(shè)計的機器視覺相機。相機負(fù)責(zé)將光學(xué)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。鏡頭：鏡頭是安裝在相機前的光學(xué)元件，用于調(diào)整圖像的焦距、視場和聚焦。鏡頭幫助相機捕獲清晰的圖像。光源：光源用于提供適當(dāng)?shù)恼彰鳁l件，確保圖像質(zhì)量和目標(biāo)的適當(dāng)可見性。光源可以是白光、紅外線、激光等不同類型的光源。光源控制器：光源控制器用于控制光源的亮度、顏色、閃光模式等參數(shù)。它可以確保在不同應(yīng)用場景下獲得所需的光照條件。視覺控制器：視覺控制器通常是一臺計算機或嵌入式系統(tǒng)，用于處理和分析相機捕獲的圖像。它負(fù)責(zé)運行圖像處理算法、執(zhí)行視覺任務(wù)，并與其他系統(tǒng)進(jìn)行通信和協(xié)調(diào)。這些硬件構(gòu)成了一個完整的機器視覺系統(tǒng)，用于實現(xiàn)各種應(yīng)用，如目標(biāo)檢測、測量、識別等。第三章機器視覺硬件系統(tǒng)相機3.1鏡頭3.2光源33.3光源控制器3.4第三章機器視覺硬件系統(tǒng)相機013.1相機工業(yè)相機主要由圖像傳感器、內(nèi)部處理電路、數(shù)據(jù)接口、IO接口、光學(xué)接口等幾個基本模塊組成。工業(yè)相機的基本原理工業(yè)相機系統(tǒng)用一個帶有小孔的板遮擋在屏幕與物之間，屏幕上就會形成物的倒像，我們把這樣的現(xiàn)象叫小孔成像；前后移動中間的板，像的大小也會隨之發(fā)生變化；光沿直線傳播。物像小孔投影面上的倒影工業(yè)相機的基本原理工業(yè)相機系統(tǒng)工業(yè)相機的基本原理工業(yè)相機系統(tǒng)人們利用“小孔成像”原理制造各類光學(xué)成像裝置，這種裝置被稱為“Cameraobscura（暗箱）”；Cameraobscura被認(rèn)為是照相機的祖先，而“Camera”則成了照相機的英文名稱；照相機的成像原理即來源于小孔成像，鏡頭是智能化的小孔，通過復(fù)雜的鏡頭組件實現(xiàn)成像距離。工業(yè)相機的基本原理相機鏡頭相機芯片逐級放大示意圖防塵片濾光片光學(xué)接口傳感器芯片控制與信號轉(zhuǎn)換電路數(shù)據(jù)接口像素（光電二極管）工業(yè)相機的基本原理相機光信號采集結(jié)果圖像工業(yè)相機是通過CCD或CMOS圖像傳感器將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)橛行虻碾娦盘?，并將這些信息通過相應(yīng)接口傳送到計算機。3.1相機工業(yè)相機分類分類1分類2按芯片類型CCD相機CMOS相機按掃描方式隔行掃描相機逐行掃描相機按傳感器結(jié)構(gòu)特性線陣相機面陣相機按輸出圖像顏色單色相機彩色相機按輸出信號模擬相機數(shù)字相機工業(yè)相機按圖像傳感器類型分類優(yōu)點：CCD電路結(jié)構(gòu)簡單，圖像質(zhì)量好。缺點：制造工藝復(fù)雜，成本高；會產(chǎn)生高光溢出現(xiàn)象。優(yōu)點：每個成像單元獨立，支持并行讀取，速度快；大規(guī)模集成電路，功耗低；制造成本低；缺點：結(jié)構(gòu)電路復(fù)雜，易引入噪聲。3.1相機CCDCMOS串行處理并行處理光線靈敏度高，圖形對比度高光線靈敏度低，圖形對比度低，高動態(tài)范圍低噪聲存在固定模式噪聲集成度較低，尺寸較大高集成度，芯片上集成了很多功能，尺寸較小功耗一般功耗較低成本較高成本較低3.1相機面陣相機與線陣相機3.1相機分類主要區(qū)別線陣相機芯片為線狀,相機和物體間要有相對運動才能成像,價格比較高.能夠擁有非常高的行頻與橫向分辨率面陣相機芯片為面陣,物體靜止或運動都可成像根據(jù)性能，價格不一,可以實時獲得二維圖像信息，測量圖像直觀工業(yè)相機按圖像模式分類2D相機3D相機3.1相機?工業(yè)相機主要參數(shù)分辨率：由相機所采用的芯片分辨率決定，是芯片靶面排列的像元數(shù)量。通常面陣相機的分辨率用水平和垂直分辨率兩個數(shù)字表示。分辨率越高，成像后的圖像像素數(shù)就越高，圖像就越清晰。例如：一個相機的分辨率是1280(H)×1024(V)，表示每行的像元數(shù)量是1280，每列的像元數(shù)量是1024，此相機的分辨率是130萬像素。常用的工業(yè)面陣相機分辨率有30萬（640*480）像素，130萬像素，200萬像素，300萬像素，500萬像素等。對于線陣相機而言，分辨率就是傳感器水平方向上的像素數(shù)，常見有1K（1024），2K(2048)，4K(4096)等。工業(yè)相機主要參數(shù)分辨率：由相機所采用的芯片分辨率決定，是芯片靶面排列的像元數(shù)量。分辨率越高，成像后的圖像像素數(shù)就越高，圖像就越清晰。像素深度：也稱為位深度，是指數(shù)字圖像中每個像素所能表示的色彩或亮度級別的數(shù)量。它表示了數(shù)字圖像中每個像素可以存儲的信息量。像素深度以位（bit）為單位進(jìn)行表示，常見的位深度有8位、10位、12位、16位等。位深度越高，每個像素所能表示的色彩或亮度級別就越多，圖像的色彩細(xì)節(jié)和灰度級別的表現(xiàn)能力也就越豐富。但同時數(shù)據(jù)量也越大，影響系統(tǒng)的圖像處理速度。例如，8位像素深度可以表示256個不同的亮度級別，通常對應(yīng)于灰度圖像，每個像素可以表示從0（最暗）到255（最亮）的灰度值。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8bit的500萬像素，則整張圖片應(yīng)該有500萬*8/（1024*1024）≈40M字節(jié)(MB)。3.1相機?工業(yè)相機主要參數(shù)工業(yè)相機主要參數(shù)像元尺寸：也稱為像素尺寸或像元大小，是指數(shù)字圖像中每個像素在物理空間中所占據(jù)的實際尺寸。像元尺寸通常用長度單位表示，表示每個像素在實際場景中的寬度和高度。3.1相機?工業(yè)相機主要參數(shù)像元尺寸：也稱為像素尺寸或像元大小，是指數(shù)字圖像中每個像素在物理空間中所占據(jù)的實際尺寸。像元尺寸通常用長度單位（如毫米、微米或納米）表示，表示每個像素在實際場景中的寬度和高度。像元尺寸是相機傳感器或圖像采集設(shè)備的一個關(guān)鍵參數(shù)，它決定了相機在捕獲圖像時所能細(xì)分的空間精度。較小的像元尺寸可以提供更高的空間分辨率和細(xì)節(jié)捕捉能力，適用于高精度的測量、顯微鏡圖像等應(yīng)用。然而，較小的像素尺寸通常意味著每個像素接收的光量更少，這可能導(dǎo)致圖像噪聲的增加和低光條件下的圖像質(zhì)量下降。此外，較小的像素尺寸也可能導(dǎo)致相機的靈敏度降低。3.1相機?工業(yè)相機主要參數(shù)靶面尺寸：是指數(shù)字相機傳感器的物理尺寸，通常以對角線長度來表示。它指的是相機傳感器上光敏元件（像元）排列的區(qū)域的大小。靶面尺寸是相機性能的一個重要參數(shù)，它會直接影響到相機的視場角、圖像質(zhì)量和光學(xué)性能。較大的靶面尺寸可以容納更多的像元，提供更大的視場角和更高的分辨率，能夠捕捉到更廣闊的景象和更多的細(xì)節(jié)。靶面尺寸是相機感光元件所占據(jù)的實際物理空間的度量，通常用英寸（"）或毫米（mm）表示。工業(yè)相機主要參數(shù)靶面尺寸：是指相機感光元件的實際物理尺寸，通常以對角線長度來表示，用英寸或毫米表示。芯片寬度=分辨率寬度*像元尺寸芯片高度=分辨率高度*像元尺寸3.1相機?工業(yè)相機主要參數(shù)相機的靶面尺寸等于像元尺寸乘以相機分辨率。如某相機的分辨率為2588*1940的500萬像素，像元大小為2.2um，則其傳感器的尺寸為2588*2.2=5694um=5.694mm，寬方向為1940*2.2=4268um=4.268mm,對角線方向為7.116mm,即為1/2.5''的傳感器。

對于某相機說明書上寫1920*1080對應(yīng)的像元大小為3um，則其傳感器靶面尺寸為橫向1920*3um=5.76mm，縱向1080*3um=3.24mm，對角線長度為6.608mm，約為1/2.4''的傳感器。3.1相機?工業(yè)相機主要參數(shù)幀率：是指相機每秒鐘能夠捕捉和輸出的圖像幀數(shù)。它表示相機的圖像采集速度和輸出速度。幀率越高，相機可以提供更快的圖像更新速度，從而適用于高速運動場景或需要實時反饋的應(yīng)用。行頻：是指相機每秒鐘讀取的圖像行數(shù)。對于某些相機，特別是線陣相機，它們是按行順序讀取圖像的。行頻表示相機每秒鐘能夠讀取的圖像行數(shù)，也可以看作是相機的圖像采集速度。工業(yè)相機主要參數(shù)幀數(shù)：是指面陣相機每秒鐘能夠捕捉和輸出的圖像幀數(shù)。行頻：是指線陣相機每秒鐘讀取的圖像行數(shù)。工業(yè)相機主要參數(shù)幀率越高，也就是說每秒能夠拍攝更多圖像，傳輸更高的數(shù)據(jù)量。30fps表示相機在1秒鐘內(nèi)最多能采集30幀圖像。12kHz表示相機在1秒鐘內(nèi)最多能采集12000行圖像數(shù)據(jù)。相機類別面陣相機線陣相機單位fpsHz常用幀率5-350fps1k-32kHz幀率（FrameRate）是指相機采集傳輸圖像的速率，即相機可在每秒鐘拍攝與傳輸?shù)膱D像數(shù)量。通常一個系統(tǒng)要根據(jù)被測物體的運動速度和大小、視野范圍、測量精度計算得出所需要的相機幀率。對于面陣相機一般稱為幀率，即每秒采集多少幅圖像；對于線陣相機為每秒采集的行數(shù)，即行幀。3.1相機?工業(yè)相機主要參數(shù)曝光：是指相機感光元件（例如面陣相機的傳感器）對光線的敏感程度或感光元件接收到的光線量。曝光時間即為像元素感光的時間，也稱為快門時間。在相同的外部條件下，曝光時間越長，圖像亮度越高，但相應(yīng)的幀率/行頻會降低。在一些飛拍應(yīng)用中，曝光不夠短會導(dǎo)致圖像拖影。因此需要工業(yè)相機具備在極短的曝光時間內(nèi)成像的特性。常見的電子快門的方式有全局快門和卷簾快門。全局快門：是曝光時，傳感器上所有像素在同一時刻開啟曝光并在同一時刻曝光結(jié)束，將物體某時刻的狀態(tài)成像，所以適合拍攝高速運動的物體。卷簾快門：是逐行順序開啟曝光，不同行間曝光的開啟時刻有個很小的延遲，所以不適合運動物體的拍攝。如果相機的曝光時間過長，就會使速度快的運動物體變模糊。工業(yè)相機主要參數(shù)曝光：也稱快門，是指相機感光元件接收到的光線量。曝光時間即為像元素感光的時間。曝光方式全局曝光（GlobalShutter）：整個芯片同時曝光（CCD）卷簾曝光（RollingShutter）：逐行滾動曝光（CMOS）全局曝光卷簾曝光全局曝光卷簾曝光3.1相機?工業(yè)相機主要參數(shù)相機接口：是指用于連接相機和其他設(shè)備（如計算機、打印機、存儲設(shè)備等）之間的物理連接或通信接口。工業(yè)相機和主機之間為了傳輸圖像所建立的一種電氣接口，它直接決定了這款相機核心的性能指標(biāo)以及它的適用范圍。工業(yè)相機通常有三個基礎(chǔ)的接口，鏡頭（光學(xué)）接口、數(shù)據(jù)接口與電源接口3.1相機?工業(yè)相機主要參數(shù)GigECameraLinkUSB3.0CoaXPress3.1相機?工業(yè)相機主要參數(shù)參數(shù)GigEUSB3.0CameraLinkCoaXPress速度(Mbit/s)10003000640025600(4根)6.25Gbps/根距離(m)100（雙絞線）>100（光纖）5（標(biāo)準(zhǔn)無源電纜）>5（光纖）1045（CXP-6）35（CXP-12）成本低低高高優(yōu)點1.拓展性好2.性價比高3.可管理維護(hù)性4.廣泛適用性1.支持熱插拔2.使用便捷3.可連接多個設(shè)備4.相機可通過線纜供電1.高速率2.抗干擾能力強3.功耗低1.數(shù)據(jù)傳輸量大2.傳輸距離長3.可選擇傳輸距離和傳輸量4.價格低廉，易集成5.支持熱插拔3.1相機?工業(yè)相機主要參數(shù)光學(xué)接口：工業(yè)相機與鏡頭之間的接口為光學(xué)接口，一般有C口，CS口，F(xiàn)口，M42口，M12口，M58口，M72口等。3.1相機光學(xué)接口（LensMount）即鏡頭接口，是指工業(yè)相機與鏡頭之間的接口，常用的有C型、CS型、F型等。

卡口E卡口工業(yè)相機光學(xué)接口光學(xué)接口：工業(yè)相機與鏡頭之間的接口為光學(xué)接口。(a)C接口相機與C接口鏡頭(b)接口鏡頭與F接口相機(c)M72接口相機與M72接口鏡頭3.1相機?工業(yè)相機主要參數(shù)C和CS兩種鏡頭接口非常相似，其直徑、螺紋間距都是一樣的，只是法蘭距不同。法蘭距是指機身上鏡頭卡口平面與機身曝光窗平面之間的距離，即鏡頭卡口到CCD/CMOS感光元件之間的距離。對于CS接口的相機，如果想接入C接口的鏡頭，只需要加一個CS-C的轉(zhuǎn)接環(huán)就行了（該轉(zhuǎn)接環(huán)的厚度大約是5mm）3.1相機?工業(yè)相機主要參數(shù)名稱890萬像素網(wǎng)口面陣相機，IMX267，黑白MV-CH089-10GM(EoL)性能傳感器類型CMOS，全局快門傳感器型號IMX267

像元尺寸3.45μm×3.45μm

靶面尺寸1”

分辨率4096×2160

幀率13fps@4096×2160

曝光時間超小曝光模式：1μs~14μs正常曝光模式：15μs~10sec

快門模式支持自動曝光、手動曝光、一鍵曝光模式

黑白/彩色黑白

像素格式Mono8/10/10Packed/12/12Packed

電氣特性數(shù)據(jù)接口GigE供電12VDC，支持PoE供電

典型功耗3.5W@12VDC

結(jié)構(gòu)鏡頭接口C-Mount外形尺寸29mm×44mm×59mm工業(yè)相機選型DC-C108-003G-173GM鏡頭接口：C-C口F-F口分辨率：0.3MP快門方式：G-GlobalShutterR-RollingShutter幀率數(shù)據(jù)接口：GigE接口顏色：M-MonoC-Color電源接口數(shù)據(jù)接口光學(xué)接口德創(chuàng)工業(yè)相機選型工業(yè)相機選型的主要步驟（1）確定傳感器類型（2）確定分辨率大?。?）確定幀率/行頻（4）確定工業(yè)相機產(chǎn)品系列（5）確定特殊需求（6）根據(jù)相機參數(shù)選擇相關(guān)產(chǎn)品工業(yè)相機選型本產(chǎn)品是長邊為75mm的連接器，來料方向基本不變，被測物為靜態(tài)拍照狀態(tài)；檢測的PIN針?biāo)趨^(qū)域為67mm*8mm；兩PIN針之間距離允許上下變化的公差±0.25mm，即允許變化范圍0.5mm；無其他特殊需求。工業(yè)相機選型（1）確定傳感器類型該用戶需要測試固定視野大小的產(chǎn)品，因此選用面陣相機；檢測PIN針?biāo)谖恢?，無色彩要求，選擇黑白相機；被測物為靜態(tài)拍照狀態(tài)，故選擇卷簾曝光相機。（2）視野范圍實際檢測區(qū)域范圍為67mm*8mm，常用視野長寬比例為4:3，視野假設(shè)為72*54mm。（3）像素精度由于需要對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行穩(wěn)定性分析，且考慮到邊緣像素跳動，針對連接器行業(yè)，通常的精度要求需要除以10，則此處為0.5mm/10pixel=0.05mm/pixel。（4）分辨率長邊：72mm÷0.05mm/pixel=1440pixels，寬邊54mm÷0.05mm/pixel=1080piexls，則分辨率至少為1440*1080=1555200pixels。（5）數(shù)據(jù)接口為了節(jié)省成本和降低方案復(fù)雜度，選用千兆網(wǎng)以太網(wǎng)接口。（6）確定工業(yè)相機產(chǎn)品系列對于DCCK系列相機，最終選擇分辨率為200萬的卷簾曝光黑白工業(yè)面陣相機，分辨率1624*1240。即可選擇DC-C108-020R-60GM相機。常用相機像素：0.31.325101220單位MP（MegaPixels）工業(yè)相機選型產(chǎn)品情況：檢測汽車電容器方框內(nèi)的零件是否有漏裝、錯裝、裝反；所需檢測產(chǎn)品字符細(xì)節(jié)尺寸為0.5mm。細(xì)節(jié)尺寸：區(qū)域大?。簷z測區(qū)域為110mm×27mm；字符：15字符：10字符：30字符：20字符：7.5工業(yè)相機選型計算步驟：①視野（FOV）：檢測范圍110mm×27mm，視野范圍需要比待檢測范圍大，常用視野長寬比例為4:3，所以選取視野范圍160mm*120mm。②像素精度：產(chǎn)品的字符細(xì)節(jié)尺寸0.5mm，通常每個字符的筆畫寬度需要大于或等于十個像素，所以像素精度為0.5/10=0.05mm/piexl。③分辨率：長邊160/0.05=3200pixels，寬邊120/0.05=2400piexls，則分辨率至少為3200*2400，可選用1000萬像素的工業(yè)相機。④彩色or黑白：檢測區(qū)域包含多種顏色，選用彩色相機。選擇相機：1000萬像素，分辨率3860*2748。第三章機器視覺硬件系統(tǒng)鏡頭023.2鏡頭鏡頭在機器視覺系統(tǒng)中的作用是收集光線、聚焦圖像、控制視野和視場角、調(diào)整圖像質(zhì)量、控制景深以及校正光學(xué)畸變。3.2鏡頭相機鏡頭鏡頭外部結(jié)構(gòu)對焦環(huán)（N-NEAR/∞-FAR）調(diào)光圈環(huán)（O-OPEN/C-CLOSE）鎖緊螺絲鏡頭接口透鏡3.2鏡頭?鏡頭主要參數(shù)焦距：即焦長，是平行光入射時，從透鏡光心到光線聚集之焦點的距離。在相機中，焦距是從鏡片中心到底片或是CCD等成像平面的距離。3.2鏡頭?鏡頭主要參數(shù)視場角（視角）：像場所對應(yīng)的景物范圍被稱為視場（Fieldofview,即FOV，也叫視野范圍），即整個系統(tǒng)能夠觀察的物體的尺寸范圍。3.2鏡頭?鏡頭主要參數(shù)視場角（視角）：像場所對應(yīng)的景物范圍被稱為視場（Fieldofview,即FOV，也叫視野范圍），即整個系統(tǒng)能夠觀察的物體的尺寸范圍。工業(yè)鏡頭的主要參數(shù)視野：像場所對應(yīng)的景物范圍被稱為視場，即整個系統(tǒng)能夠觀察的物體的尺寸范圍。焦距數(shù)值越小，視野越大，觀察范圍越大；焦距數(shù)值越大，視野越小，觀察范圍越小。

物體鏡頭成像相機芯片（a）25mm焦距成像效果物體鏡頭成像相機芯片（b）35mm焦距成像效果3.2鏡頭?鏡頭主要參數(shù)景深是指在攝影或光學(xué)成像中，被攝物體在圖像中呈現(xiàn)清晰焦點的范圍。簡而言之，景深是指圖像中的前景和背景都能夠保持清晰的距離范圍。在靠近焦點處，光線開始聚集；在焦點前和后，光線開始擴散，點的影像變成模糊的，形成一個擴大的圓，這個圓就叫做彌散圓。通常在被攝物體（焦點）前后各有一個容許彌散圓，這兩個彌散圓之間的距離就叫景深。工業(yè)鏡頭的主要參數(shù)景深：是指在攝影或光學(xué)成像中，被攝物體在圖像中呈現(xiàn)清晰焦點的范圍。工業(yè)鏡頭的主要參數(shù)景深：是指在攝影或光學(xué)成像中，被攝物體在圖像中呈現(xiàn)清晰焦點的范圍。1、光圈越大，景深越小，

光圈越小，景深越大；2、焦距越長，景深越小，

焦距越短，景深越大；3、拍攝距離越遠(yuǎn)，景深越大，

距離越近，景深越小；3.2鏡頭?鏡頭主要參數(shù)景深是指在攝影或光學(xué)成像中，被攝物體在圖像中呈現(xiàn)清晰焦點的范圍。簡而言之，景深是指圖像中的前景和背景都能夠保持清晰的距離范圍。在靠近焦點處，光線開始聚集；在焦點前和后，光線開始擴散，點的影像變成模糊的，形成一個擴大的圓，這個圓就叫做彌散圓。通常在被攝物體（焦點）前后各有一個容許彌散圓，這兩個彌散圓之間的距離就叫景深。焦距越長，景深越?。痪嚯x越遠(yuǎn)，景深越大；光圈越大，景深越小。3.2鏡頭?鏡頭主要參數(shù)焦距：f＝WD×CCD芯片尺寸(長邊尺寸or短邊尺寸)/FOV(長度or寬度)焦距越小，視場角就越大，視野也就相應(yīng)的更大，因為焦距一般有固定的值，如5mm、8mm，所以實際焦距可以相應(yīng)選小一號的。已知用戶觀察范圍為30mm*30mm，工作距離為100mm，CCD尺寸為1/3’’,那么需要多少焦距的鏡頭？相機CCD芯片尺寸1/3’’，則CCD芯片長度尺寸4.8mm，寬帶尺寸3.6mm，則焦距f=（100*3.6）/30=12mm。3.2鏡頭?鏡頭主要參數(shù)光圈：用于控制鏡頭進(jìn)光量的大小。它是一個可調(diào)節(jié)的孔徑，決定了通過鏡頭進(jìn)入相機的光線的數(shù)量。光圈的大小直接影響到攝影中的曝光和景深。鏡頭光圈的大小用相對孔徑D/f來表示，其中D為鏡頭中光線能通過的圓孔直徑，f為焦距。D越大能收集和通過的光線越多，同時，焦距越短，這些光線到達(dá)成像面的密度越高。鏡頭上標(biāo)注的相對孔徑都是以1/F（F---光圈數(shù)，也叫焦徑比）的倒數(shù)來表達(dá)的。則光圈數(shù)（F）和光圈是一個反比關(guān)系。即F值越小，光圈越大。F值越大，光圈越小。光圈通常用F值來表示，如f/2.8、f/4、f/8等。F值是焦距與鏡頭口徑的比值。較小的F值表示較大的光圈開口，能夠傳遞更多的光線，而較大的F值表示較小的光圈開口，傳遞的光線相對較少。在相機中，到達(dá)成像面的照度與相對孔徑的平方成正比，F(xiàn)值是成倍數(shù)調(diào)整的，相鄰的兩檔的數(shù)值一般相差1.4倍，常見的光圈F值有1、1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22、32、44、64。工業(yè)鏡頭的主要參數(shù)光圈：用于控制鏡頭進(jìn)光量的大小。它是一個可調(diào)節(jié)的孔徑，決定了通過鏡頭進(jìn)入相機的光線的數(shù)量。光圈的大小直接影響到攝影中的曝光和景深。3.2鏡頭?鏡頭主要參數(shù)光學(xué)放大倍率是指在光學(xué)系統(tǒng)中，通過鏡頭對被觀察物體進(jìn)行放大的程度。它表示被觀察物體在成像中的尺寸相對于原始物體尺寸的比例關(guān)系。放大倍率指成像大小和物體大小的比，也為CCD尺寸與視場大小之比。光學(xué)倍率（M）=CCD相機元素尺寸/視場實際尺寸=有效感應(yīng)尺寸（VorH)/（視野（VorH））工業(yè)鏡頭的主要參數(shù)光學(xué)放大倍率CCD/FOV：即芯片尺寸除以視野范圍。是指在光學(xué)系統(tǒng)中，通過鏡頭對被觀察物體進(jìn)行放大的程度。光學(xué)倍率=CCD相機元素尺寸/視場實際尺寸工業(yè)鏡頭的主要參數(shù)畸變：鏡頭在設(shè)計和加工上存在的誤差會導(dǎo)致物體成像時產(chǎn)生形變，經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)成像產(chǎn)生的誤差稱為畸變?；冎挥绊懗上竦膸缀涡螤睿挥绊懗上竦那逦?。(a)正常圖像(b)枕形畸變(c)桶形畸變(a)枕形畸變實物效果(b)桶形畸變實物效果工業(yè)鏡頭的主要參數(shù)工業(yè)鏡頭的主要技術(shù)參數(shù)包括：焦距、工作距離、分辨率、靶面尺寸、視場角、光圈值、景深、接口、畸變等。3.2鏡頭?鏡頭的分類1.常規(guī)鏡頭。定焦距工業(yè)鏡頭又可分為魚眼鏡頭、短焦鏡頭、標(biāo)準(zhǔn)鏡頭、長焦鏡頭等四大類。2.特殊用途的鏡頭除了常見的定焦距鏡頭和變焦距鏡頭外，還有一些特殊用途的鏡頭可用于滿足特定的攝影和拍攝需求。（1）顯微鏡頭。（2）微距鏡頭。（3）遠(yuǎn)心鏡頭?？梢栽谝欢ǖ奈锞喾秶鷥?nèi)，使得到的圖像放大倍率不會隨物距的變化而變化（4）液態(tài)鏡頭。液體的厚度和形狀的變化會導(dǎo)致鏡頭的焦距或聚焦能力的調(diào)整。（5）紫外鏡頭和紅外鏡頭。3.2鏡頭?鏡頭的分類變焦鏡頭微距鏡頭廣角鏡頭長焦距鏡頭液體鏡頭遠(yuǎn)心鏡頭鏡頭按照用途分類自動對焦紫外鏡頭3.2鏡頭?鏡頭的選型DC-PLE103521對焦環(huán)和光圈相對位置分辨率：10MP焦距：35mm鏡頭接口德創(chuàng)3.2鏡頭?鏡頭的選型123工業(yè)鏡頭的類型鏡頭兼容最大靶面尺寸接口類型光圈、價格等求出定焦鏡頭的焦距，或求出定倍鏡頭的倍率鏡頭分辨率要大于等于相機分辨率3.2鏡頭產(chǎn)品情況：長邊為75mm的連接器，來料方向基本不變；兩PIN針之間距離允許上下變化的公差±0.5mm。公差：區(qū)域大?。篜IN針?biāo)趨^(qū)域為67mm*8mm；?鏡頭的選型3.2鏡頭?鏡頭的選型視野（FOV）：72*54mm；至少為1624*1240，200萬像素工業(yè)相機；分辨率：像素精度：0.05mm/pixel；靶面尺寸：1/1.7”（7.3mmx5.5mm）。3.2鏡頭

計算過程：3.2鏡頭③遠(yuǎn)心鏡頭：根據(jù)放大倍率=1.8、相機芯片尺寸1”；可以選取放大倍率為0.184的DTCM110-90-AL，兼容最大靶面尺寸1”。④工作距離：根據(jù)選取的鏡頭，同客戶確定可以安裝的工作距離WD=208±3mm。計算過程：3.2鏡頭?鏡頭的選型視野（FOV）：160*120mm；至少為3860*2748，1000萬像素工業(yè)相機；分辨率：像素精度：0.05mm/pixel；靶面尺寸：1/2.3”（6.4mm*4.6mm）。字符：15字符：10字符：30字符：20字符：7.53.2鏡頭

計算過程：3.2鏡頭③定焦鏡頭：根據(jù)計算焦距=16mm、相機芯片尺寸1/2.3”；可以選取焦距為16mm，兼容最大靶面尺寸2/3”的定焦鏡頭。計算過程：第三章機器視覺硬件系統(tǒng)光源033.3光源?光源的分類1.根據(jù)顏色分類常用光源顏色集中在可見光范圍，主要有白光（復(fù)合光）、紅色、藍(lán)色、綠色，另外紅外光也比較普及，而紫外光由于各種原因，應(yīng)用較少。2.根據(jù)發(fā)光的原理分類根據(jù)發(fā)光的原理，機器視覺常用的光源主要有：熒光燈、鹵素?zé)?、LED、氙燈等。3.根據(jù)外形分類各廠家會根據(jù)不同光源外形特性進(jìn)行分類，也是目前的主流分類，比如環(huán)形光源、環(huán)形低角度光源、條形光源、圓頂光源（碗光源/穹頂光源）、面光源等。工業(yè)光源的分類1.根據(jù)顏色分類常用光源顏色集中在可見光范圍，主要有白光（復(fù)合光）、紅色、藍(lán)色、綠色，另外紅外光也比較普及，而紫外光由于各種原因，應(yīng)用較少。工業(yè)光源的分類(a)熒光燈(c)LED光源(b)鹵素?zé)?.根據(jù)發(fā)光的原理分類根據(jù)發(fā)光的原理，機器視覺常用的光源主要有：熒光燈、鹵素?zé)簟ED、氙燈等。(c)氙燈工業(yè)光源的分類3.3光源?光源的分類環(huán)形光源條形光源圓頂光源面光源工業(yè)光源的常見照明方式點光源、球積分光源及線掃光源

圖a點光源

圖b球積分光源圖c線掃光源3.3光源條形光源3.3光源弧頂光源3.3光源面光源3.3光源環(huán)光源3.3光源環(huán)光源0°環(huán)光30°環(huán)光60°環(huán)光工業(yè)光源的常見照明方式光學(xué)玻璃半透鏡鋁制機體同軸光源工業(yè)光源的常見照明方式同軸光源3.3光源?常見的光源照明方式高角度光

低角度光

無影光高角度照射圖像整體更亮，適用于表面不反光的物體；高角度照射，光線經(jīng)被測物表面平整部分反射后進(jìn)入鏡頭，圖像效果表現(xiàn)為灰度值較高；不平整部分反射光進(jìn)入不了鏡頭，圖像效果表現(xiàn)為灰度值較低。圖像背景為黑色，特征為白色，可以突出被測物體的輪廓變化和表面凹凸變化低角度照射，被測物表面平整部分的反射光無法進(jìn)入鏡頭，圖像效果表現(xiàn)為灰度值較低；不平整部分反射光進(jìn)入鏡頭，圖像效果表現(xiàn)為灰度值較高。低角度照射無影光兼具了高角度光和低角度光的效果，使被測物得到了多角度的照射，表面紋理，褶皺被弱化，圖像上整體均勻。無影光背光高角度光低角度光正光其他角度打光方式視野視野的2倍反射光進(jìn)入相機明視場大部分區(qū)域光線反射進(jìn)入像機，僅少部分區(qū)域沒有光線進(jìn)入，這種照明方法又叫做明場照明。打光方式打光方式暗視場通常把這種大部分區(qū)域沒有光線反射進(jìn)入相機，僅少數(shù)目標(biāo)區(qū)域有光線進(jìn)入相機照明方法又叫做暗場照明。視野光源反射光不進(jìn)入相機高角度和低角度打光下硬幣的圖像比較明場照明指光線反射后進(jìn)入照相機，而暗場照明為光線反射后未進(jìn)入照相機。在缺陷檢測中，明域照明主要用于散射和吸收光線缺陷類型的檢測,在大多數(shù)明域照明圖像中，背景亮，缺陷暗。暗域照明主要用于光滑工件表面上含有散射光的缺陷類型檢測。在大多數(shù)暗域照明采集的圖像中，背景暗，僅僅缺陷可見。暗域照明常被用于檢測表面污垢和表面突起的特征3.3光源工業(yè)光源的常見照明方式高角度環(huán)形光源打光案例一一電子零件檢測(a)高角度環(huán)光源打光示意圖(b)光源安裝示意圖(c)打光前后效果圖工業(yè)光源的常見照明方式低角度環(huán)形光源打光案例——塑料亮外觀檢測漫反射鏡面反射低角度環(huán)形照明案例——塑料殼外觀檢測

低角度環(huán)形光源打光示意圖工業(yè)光源的常見照明方式無影光打光案例——電容字符檢測3.3光源?常見的光源照明方式多角度光背光工業(yè)光源的常見照明方式相機紅色LED綠色LED藍(lán)色LED點位A點位B點位C

AOI光源中焊錫缺陷效果圖

AOI光源打光示意圖多角度光源（AOI光源）打光案例——焊錫缺陷檢測工業(yè)光源的常見照明方式背光源打光案例——飲料瓶液位、字符檢測。

飲料瓶成像效果圖

光源安裝示意圖

背光源3.3光源?常見的光源照明方式同軸光同軸照明通常由光源和一個特殊的反射鏡或反射器組成。光源發(fā)出的光線被反射器反射，并沿著光軸方向進(jìn)入被觀察對象，然后反射回相機鏡頭中。通過調(diào)整反射器的位置和角度，可以控制光線的入射角度和照明范圍，以適應(yīng)不同的檢測需求。同軸照明適用于對高反射性物體或具有強烈反光的表面進(jìn)行檢測，例如金屬零件、玻璃、鏡面等。工業(yè)光源的常見照明方式同軸光源打光案例——金屬端口檢測，該案例中，采用同軸光源打光，使得字符更加突出。漫反射鏡面反射3.3光源?光源選型DCCK-PIN-90-60W光源類型：RIN-環(huán)形光源BAR-條形光源BAC-面光源COA-同軸光源HEM-弧頂光源外徑尺寸（mm）光線與水平面夾角環(huán)形光源德創(chuàng)光源顏色：W-白色R-紅色G-綠色B-藍(lán)色3.3光源光源選型一般步驟12根據(jù)產(chǎn)品顏色，確定光源顏色和背景顏色根據(jù)產(chǎn)品材質(zhì)，確定直射光/漫射光，穿透性是強是弱3根據(jù)產(chǎn)品尺寸、3D特征，確定光源的尺寸，入射角度和高度等4選擇光源并驗證，確定最終光源以及安裝方式3.3光源產(chǎn)品情況：長邊為75mm的連接器，來料方向基本不變，需要測量PIN之間距離；兩PIN針之間距離允許上下變化的公差±0.5mm。公差：區(qū)域大小：PIN針?biāo)趨^(qū)域為67mm*8mm；3.3光源相機相關(guān)參數(shù)：鏡頭相關(guān)參數(shù)：視野FOV=72*54mm；像素精度0.05mm/pixel；分辨率至少為1624*1240，200萬像素工業(yè)相機；靶面尺寸1/1.7”（7.3mmx5.5mm）；遠(yuǎn)心鏡頭；放大倍率β≈0.18；放大倍率為0.184的遠(yuǎn)心鏡頭DTCM110-90-AL，兼容最大靶面尺寸1”；工作距離WD=208±3mm。3.3光源①光源顏色：待測物體為銀色PIN針之間距離，PIN針在產(chǎn)品內(nèi)側(cè)，需要更亮的光源來打亮PIN針，選擇白色光源。②光源類型：PIN針為金屬材質(zhì)，且分布較為均勻，需要均勻漫射光源將每根PIN針都照亮，這里可以選擇同軸光源。③光源安裝方式：PIN針位于產(chǎn)品內(nèi)部，且深度較深，需要將PIN打的更亮。選擇亮度高且均勻漫射的同軸光源位于高角度垂直照射于產(chǎn)品表面。計算過程：3.3光源④光源選擇及驗證：光源架設(shè)位置如右圖所示。最終拍攝的PIN圖像效果如下圖所示。228±4mmPIN針上表面下表面3.3光源?光源選型光源顏色待測內(nèi)容為銀色PIN針之間距離，PIN針在產(chǎn)品內(nèi)側(cè)，我們需要更亮的光源來打亮PIN針；并且產(chǎn)品背景雖然為藍(lán)色，但對測量PIN針間距的影響不大，這里選擇白色光源。2.光源類型PIN針為金屬材質(zhì)，且分布較為均勻，需要均勻漫射光源將每根PIN針都照亮，這里可以選擇同軸光源。3.光源安裝方式PIN針位于產(chǎn)品內(nèi)部，且深度較深，需要將PIN的更亮選擇亮度高且均勻漫射的同軸光源位于高角度垂直照射于產(chǎn)品表面。最終選擇型號為DCCK-COA-80X的光源，主要性能參數(shù)見表。參數(shù)性能電壓24V

適用電源頻閃控制器(4STU)模擬控制器(2APC)數(shù)字控制器(3DPC)發(fā)光區(qū)80*80mm3.3光源產(chǎn)品情況：檢測汽車電容器方框內(nèi)的零件是否有漏裝，錯裝，裝反；所需檢測產(chǎn)品字符細(xì)節(jié)尺寸為0.5mm。細(xì)節(jié)尺寸：區(qū)域大小：檢測區(qū)域為110mm×27mm；字符：15字符：10字符：30字符：20字符：7.53.3光源相機相關(guān)參數(shù)：鏡頭相關(guān)參數(shù)：字符：15字符：10字符：30字符：20字符：7.5視野FOV=160*120mm；像素精度0.05mm/pixel；分辨率至少為3860*2748，1000萬像素工業(yè)相機；靶面尺寸1/2.3”（6.4mm*4.6mm）。定焦鏡頭；焦距f=16mm；最終選擇焦距為16mm，兼容最大靶面尺寸2/3”的定焦鏡頭。3.3光源計算過程：①光源顏色：待測物體為多種顏色塑料模塊，選擇白色光源配合彩色相機。②光源類型：產(chǎn)品待檢測范圍呈長條狀，視野長邊160mm，這里可以選擇192*38mm的條形光源。③光源安裝方式：條光體積較小、安裝角度靈活，不易遮擋產(chǎn)品視野選擇安裝角度條形光源位于產(chǎn)品表面斜上方200±30mm處，離正上方偏移70mm不遮擋視野為佳。3.3光源④光源選擇及驗證：光源架設(shè)位置如右圖所示。最終拍攝的汽車電容待檢測區(qū)域圖像效果如下圖所示。200±30mm產(chǎn)品下表面100mm傾斜45°±5°400±20mm上表面70±30mm計算過程：3.3光源?常見的輔助光學(xué)器件有：反射鏡：反射鏡可以簡單方便的改變優(yōu)化光源的光路和角度。分光鏡：分光鏡通過特殊的鍍膜技術(shù)，不同的鍍膜參數(shù)可以實現(xiàn)反射光和折射光比例的任意調(diào)節(jié)。機器視覺光源中的同軸光就是分光鏡的具體應(yīng)用。棱鏡：不同頻率的光在介質(zhì)中的折射率是不同的，根據(jù)光學(xué)的這一基本原理可以把不同顏