工业机器视觉-配件介绍20150505+(1)

1、2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司1 1 机器视觉工业相机、镜头介绍1.1.机器视觉机器视觉- -工业相机基础知识工业相机基础知识2.2.机机器视觉器视觉- -镜头基础知识镜头基础知识3.3.典型案例典型案例2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司2 2 机器视觉机器视觉- -工业相机基础知识工业相机基础知识机器视觉系统概述机器视觉系统概述机器视觉系统是基于机器视觉为机器或自动化生产线建立的一套视觉系统被广泛应用在生产制造等行业。可用于保证产品质量、控制生产流程、感知环境等2022-5-232022-

2、5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司3 3机器视觉机器视觉- -工业相机基础知识工业相机基础知识 工业相机常见分类：按照芯片类型可以分为CCD相机、CMOS相机；按照传感器的结构特性可以分为线阵相机、面阵相机；按照扫描方式可以分为隔行扫描相机、逐行扫描相机；按照分辨率大小可以分为普通分辨率相机、高分辨率相机；按照输出信号方式可以分为模拟相机、数字相机；按照输出色彩可以分为单色（黑白）相机、彩色相机；按照输出信号速度可以分为普通速度相机、高速相机；按照响应频率范围可以分为可见光（普通）相机、红外相机、紫外相机等。2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏

3、光导通信科技有限公司4 4机器视觉机器视觉- -工业相机基础知识工业相机基础知识 工业相机图片2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司5 5 机器视觉机器视觉- -工业相机基础知识工业相机基础知识工业相机的基本参数工业相机的基本参数1. 分辨率(Resolution):相机每次采集图像的像素点数(Pixels)，对于数字工业相机机一般是直接与光电传感器的像元数对应的，对于模拟相机机则是取决于视频制式，PAL制为768*576，NTSC制为640*480。2. 像素深度(Pixel Depth):即每像素数据的位数，一般常用的是8Bit，对于数字工业相

4、机机一般还会有10Bit、12Bit等。3.像元尺寸(Pixel Size):像元大小和像元数(分辨率)共同决定了相机机靶面的大小。目前数字工业相机像元尺寸一般为3m-10m，一般像元尺寸越小，制造难度越大，图像质量也越不容易提高。2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司6 64. 帧速率(Frame Rate):相机采集传输图像的速率，对于面阵相机机一般为每秒采集的帧数(Frames/Sec.)，对于线阵相机机为每秒采集的行数(Hz)。5. 曝光方式(Exposure)和快门速度(Shutter):对于线阵相机都是逐行曝光的方式，可以选择固定行频和

5、外触发同步的采集方式，曝光时间可以与行周期一致，也可以设定一个固定的时间；面阵工业相机有帧曝光、场曝光和滚动行曝光等几种常见方式，数字工业相机机一般都提供外触发采图的功能。快门速度一般可到10微秒，高速工业相机还可以更快。6.传感器尺寸(Sensor Size) 如1/2” 1/3” 2/3”等。传感器尺寸越大,理论上可以聚集更多的感光单元,可以获得更高的相素。在相素不变的情况下,相机传感器尺寸越大,噪点控制能力越强,因为单个感光元件之间的间距越大,相互之间的信号干扰越小.7.接口类型：有Camera Link接口，以太网接口，1394接口、USB接口输出，目前最新的接口有CoaXPress接

6、口。 2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司7 7机器视觉机器视觉- -工业相机基础知识工业相机基础知识工业相机的分辨率工业相机的分辨率分辨率：屏幕图像的精密度，是指显示器所能显示的像素的多少。由于屏幕上的点、线和面都是由像素组成的，显示器可显示的像素越多，画面就越精细，同样的屏幕区域内能显示的信息也越多，所以分辨率是个非常重要的性能指标之一。以分辨率为1024768的屏幕来说，即每一条水平线上包含有1024个像素点，共有768条线，即扫描列数为1024列，行数为768行。像素：像素是用来计算数字影像的一种单位。数码相机的感光元件上的每一个成像的点

7、就是构成影像的最小单位，称作“像素2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司8 8 机器视觉机器视觉- -工业相机基础知识工业相机基础知识工业相机的分辨率和像素的换算工业相机的分辨率和像素的换算通常来说200万像素的数码相机，最大影像分辨率是16001200192万像素，也就是说，实际的有效像素就是192万。 通常所说的300万像素的数码相机，最大影像分辨率是204815363145728像素，也就是说有效像素为314万。其他像素级的数码相机，其分辨率和有效像素的换算也是如此。 可以看出，像素越高，最大输出的影像分辨率也越高 ，打印的照片可以放大的越大

8、。2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司9 9 机器视觉机器视觉- -工业相机基础知识工业相机基础知识工业相机的像素值和分辨率对应值工业相机的像素值和分辨率对应值30万 64048050万 80060080万 1024768 130万 1280960 200万 16001200 310万 20481536 430万 24001800 500万 25601920 600万 30002000 800万 32642488 1100万 40802720 1400万 45363024相机所说的像素，其实是最大像素的意思，像素是分辨率的单位，这个像素值仅仅是相

9、机所支持的有效最大分辨率。2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司1010 机器视觉机器视觉- -工业相机基础知识工业相机基础知识工业相机的帧率工业相机的帧率帧率（Frame rate）是用于测量显示帧数的量度。所谓的测量单位为每秒显示帧数(Frames per Second)，简称：FPS或“赫兹”（Hz）。 视频是由一张张连续的图片组成的，每幅图片就是一帧。一秒钟高于24帧则人眼视觉效果是动态的。目前影片每秒24帧，普通电视每秒25帧，DV则一般达到30帧、60帧30帧/秒就是指，拍摄的图像是每秒由30张图象组成的连续画面。帧率，就是每秒输出多少

10、幅图像，常用fps表示，即frame per second。但是也有很多人用频率的方式来表示帧率，即单位Hz，通常30Hz就是30fps的意思。 MHz一般是指单像素输出的速度，因为帧率一般都是几十的量级，一般上百都算是高速相机了，用频率方式说，一是几十Hz，或者几百Hz， 单像素的输出速度越快，帧率也就越快，单像素输出速度，一般都是以Mhz表示，1MHz，就是说，每秒钟输出1024*1024个像素2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司1111最大帧率(Frame Rate)/行频(Line Rate)：即相机采集传输图像的速率，对于面阵相机一般为

11、每秒采集的帧数(Frames/Sec.)，对于线阵相机为每秒采集的行数(Hz)指面阵摄像机每秒钟能够采集并输出的最大帧数。限制最大帧率的因素有：曝光时间、数据读出时间（图像数据从传感器传送到摄像机内部FIFO或存储器的时间）、数据传输时间（图像数据从摄像机内部FIFO或存储器到PC的时间）、像素深度和信号输出格式。手册上通常列出的是在最大分辨率下的帧率。如果采用部分扫描或binning技术，会提高摄像机的输出帧率。当然，前者缩小了采集视场，后者降低了分辨率。根据要检测的速度，选择相机的帧率一定要大于或等于检测速度，等于的情况就是你处理图像的时间一定要快，一定要在相机的曝光和传输的时间内完成。2

12、022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司1212机器视觉机器视觉- -工业相机基础知识工业相机基础知识 工业相机传感器尺寸大小：（单位：mm）1：(12.8mm9.6mm)； 2/3：(8.8mm6.6mm)；1/2：(6.4mm4.8mm); 1/3：(4.8mm3.6mm)；1/4：(3.2mm2.4mm)； 工业相机传感器尺寸图2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司1313 机器视觉机器视觉- -工业相机基础知识工业相机基础知识工业相机原件尺寸对应表工业相机原件尺寸对应表2022-5-232022-5

13、-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司1414 机器视觉机器视觉- -工业相机基础知识工业相机基础知识工业相机的选择工业相机的选择工业相机一般安装在机器流水线上代替人眼来做测量和判断，通过数字图像摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。1、通常您首先需要知道系统精度要求和相机分辨率，可以通过公式：X方向系统精度(X方向像素值)=视野范围(X方向)/CCD芯片像素数量( X方向)Y方向系统精度(Y方向像素值)=视野范围(Y方向)/CCD 芯片像素数量( Y方向)2、当然理论像素值的得

14、出，要由系统精度及亚像素方法综合考虑；接着您要知道系统速度要求与相机成像速度：2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司1515系统单次运行速度=系统成像(包括传输)速度+系统检测速度虽然系统成像(包括传输)速度可以根据相机异步触发功能、快门速度等进行理论计算，最好的方法还是通过软件进行实际测试。3、再接着您要将相机与图像采集卡一并考虑，因为这涉及到两者的匹配：视频信号的匹配：对于黑白模拟信号相机来说有两种格式，CCIR和RS170(EIA)，通常采集卡都同时支持这两种相机；分辨率的匹配：每款板卡都只支持某一分辨率范围内的相机；特殊功能的匹配：如要是用

15、相机的特殊功能，先确定所用板卡是否支持此功能，比如，要多部相机同时拍照，这个采集卡就必须支持多通道，如果相机是逐行扫描的，那么采集卡就必须支持逐行扫描。接口的匹配：确定相机与板卡的接口是否相匹配。如CameraLink、GIGE、CoxPress、USB3.0等。4、在满足您对检测的必要需求后，最后才应该是价格的比较。2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司1616举例说明：如我们的检测任务是尺寸测量，产品大小是18mm*10mm，精度要求是0.01mm，流水线作业，检测速度是10件/秒，现场环境是普通工业环境，不考虑干扰问题。首先我们知道是流水线作

16、业，速度比较快，因此选用逐行扫描相机；视野大小我们可以设定为20mm*12mm（考虑每次机械定位的误差，将视野比物体适当放大），假如我们能够取到很好的图像（比如可以打背光），而且我们软件的测量精度可以考虑1/2亚像素精度，那么我们需要的相机分辨率就是20/（0.01/2）=4000pixcel（像素），另一方向是12/（0.01/2）=2400pixcel，也就是说我们相机的分辨率至少需要1000*600pixcel，帧率在10帧/秒，因此选择4000*2400像素，帧率在10帧/秒以上的即可。2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司1717Navi

17、tar zoom6000连续变倍镜头定倍远心镜头Navitar zoom6000连续变倍镜头组件定焦镜头2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司1818 机器视觉机器视觉- -工业镜头基础知识工业镜头基础知识工业镜头的接口工业镜头的接口C型： C型接口镜头与摄像机接触面至镜头焦平面（摄像机CCD光电感应器应处的位置）的距离为17.5mmCS型： CS型接口此距离为12.5mm. CS型镜头与CS型摄像机可以配合使用。C型镜头与CS型摄像机之间增加一个 5mm的C/CS转接环可以配合使用。CS型镜头与C型摄像机无法配合使用。F型：通用型接口，一般适用于

18、焦距大于25mm的镜头C型口与型口与CS型口区别型口区别 接圈2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司1919视场(Field of view, 即FOV，也叫视野范围) ：指观测物体的可视范围，也就是充满相机采集芯片的物体部分。（视场范围是选型中必须要了解的）工作距离(Working Distance,即WD):指从镜头前部到受检验物体的距离。即清晰成像的表面距离（选型必须要了解的问题，工作距离是否可调？包括是否有安装空间等）分辨率：图像系统可以测到的受检验物体上的最小可分辨特征尺寸。在多数情况下，视野越小，分辨率越好。景深 (Depth of v

19、iew，即DOF)：物体离最佳焦点较近或较远时，镜头保持所需分辨率的能力（需要了解客户对景深是否有特殊要求？） 机器视觉机器视觉- -工业镜头基础知识工业镜头基础知识工业镜头的基本参数工业镜头的基本参数2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司2020焦距（f）焦距，是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式，指从透镜的光心到光聚集之焦点的距离。亦是照相机中，从镜片中心到底片或CCD等成像平面的距离。焦距大小的影响情况： 焦距越小，景深越大； 焦距越小，畸变越大； 焦距越小，渐晕 现象越严重，使像差边缘的照度降低；2022-5-232022-5-23江苏

20、光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司2121 失真（失真（distortiondistortion）：（）：（衡量镜头性能的指标之一） 又称畸变，指被摄物平面内的主轴外直线，经光学系统成像后变为曲线，则此光学系统的成像误差称为畸变。畸变像差只影响影像的几何形状，而不影响影像的清晰度。光圈与光圈与F F值值 光圈是一个用来控制镜头通光量装置，它通常是在镜头内。表达光圈大小我们是用F值，如f1。4，f2，f2。2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司2222光圈值光圈值：是指暗室窗口的大小，光圈值越低，窗口越大，则透进的光越多，使得曝光量增加，反

21、之亦然光圈值：是指暗室窗口的大小，光圈值越低，窗口越大，则透进的光越多，使得曝光量增加，反之亦然。2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司2323光圈大小的影响情况：光圈大小的影响情况： 光圈越大，图像亮度越高；景深越小；分辨率越高；像场中央与边缘：像场中央与边缘：一般像场中心较边缘分辨率高；像场中心较边缘光场照度高光波长度的影响：光波长度的影响：在相同的工业相机及镜头参数条件下，照明光源的光波波长越短，得到的图像的分辨力越高。所以在需要精密尺寸及位置测量的视觉系统中，尽量采用短波长的单色光作为照明光源，对提高系统精度有很大的作用。2022-5-23

22、2022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司2424用于计算主要缩放比例的公式如下：用于计算主要缩放比例的公式如下：PMAG = CCD Size / FOV图图 2: 主要缩放比例、感光芯片尺寸和视场的关系示意图主要缩放比例、感光芯片尺寸和视场的关系示意图光学放大倍数光学放大倍数2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司25252022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司2626显示放大倍数显示放大倍数显示放大倍率在显微中应用非常广泛，被测物体的显示放大倍率取决于三个因素：镜头光学倍率、工

23、业相机感光芯片的尺寸（靶面大小）、显示器尺寸。显示放大倍率=镜头光学倍率显示器尺寸25.4/耙面对角线尺寸2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司2727主要参数有焦距f f 光圈数F F和视场2 2. 经验公式：1/1/F F * *tantanf=Cf=CF F型接口类型摄像镜头焦距表型接口类型摄像镜头焦距表（mmmm）C,CSC,CS型接口类型摄像镜头焦距表型接口类型摄像镜头焦距表( (mm)mm)类型鱼眼型超广角型广角型标准型焦距7.5,1517,2024,28,3550类型1/31/3 ,1/2 2/3 ,1 焦距2.8-3.53.5-68

24、-75机器视觉机器视觉- -工业镜头基础知识工业镜头基础知识工业镜头的主要类别工业镜头的主要类别常用摄像镜头参数常用摄像镜头参数2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司2828 在摄像镜头前端拧上一个近摄透镜，可以摄取到更近距离目标的像。采用近摄镜后，目标像的畸变增大了，为此，近摄透镜的屈光率不能太大，使原工作距离的缩短量一般不超过20。机器视觉机器视觉- -工业镜头基础知识工业镜头基础知识工业镜头的主要类别工业镜头的主要类别近摄镜头参数近摄镜头参数2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司2929机器视觉机

25、器视觉- -工业镜头基础知识工业镜头基础知识工业镜头的主要类别工业镜头的主要类别远摄镜头镜参数远摄镜头镜参数与近摄镜头相反，为了对远距离目标摄取到清晰图像，要采用远摄镜头。这种镜头是一长焦距镜头。远摄镜头可以是折射系统、反射系统或折反射系统。反射式远摄镜头常采用卡塞格林式远摄镜头.折反式远摄镜头由于采用前部校正透镜，其成像质量更加良好.2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司3030远心镜头特性远心镜头特性 物方远心镜头可以消除透视畸变，像方远心镜头可以获得更好的像面照度的均匀性。2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通

26、信科技有限公司3131物方远心镜头物方远心镜头物方远心镜头采用平行光路设计，将孔径光阑放置在光学系统的像方焦平面上。可以消除透视畸变,常用于工业精密测量，畸变极小。机器视觉机器视觉- -工业镜头基础知识工业镜头基础知识工业镜头的主要类别工业镜头的主要类别2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司3232像方远心镜头像方远心镜头像方远心镜头是将孔径光阑放置在光学系统的物 方焦平面上，而像方的主光线平行于光轴。可以获得更好的像面照度的均匀性,图像不会出现阴影，常用于医学图像处理。机器视觉机器视觉- -工业镜头基础知识工业镜头基础知识工业镜头的主要类别工业镜

27、头的主要类别2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司33331、视野范围、光学放大倍数及期望的工作距离：在选择镜头时，我们会、视野范围、光学放大倍数及期望的工作距离：在选择镜头时，我们会选择比被测物体视野稍大一点的镜头，以有利于运动控制。选择比被测物体视野稍大一点的镜头，以有利于运动控制。2、景深要求：对于对景深有要求的项目，尽可能使用小的光圈；在选择、景深要求：对于对景深有要求的项目，尽可能使用小的光圈；在选择放大倍率的镜头时，在项目许可下尽可能选用低倍率镜头。如果项目要求放大倍率的镜头时，在项目许可下尽可能选用低倍率镜头。如果项目要求比较苛刻时，

28、倾向选择高景深的尖端镜头。比较苛刻时，倾向选择高景深的尖端镜头。3、芯片大小和相机接口、芯片大小和相机接口 ：例如：例如2/3”镜头支持最大的工业相机耙面为镜头支持最大的工业相机耙面为2/3”,它是不能支持它是不能支持1英寸以上的工业相机。英寸以上的工业相机。4、注意与光源的配合，选配合适的镜头、注意与光源的配合，选配合适的镜头 。5、可安装空间：在方案可选择情况下，让客户更改设备尺寸是不现实的、可安装空间：在方案可选择情况下，让客户更改设备尺寸是不现实的。对镜头的选择，我们首先必须先确定客户需求：对镜头的选择，我们首先必须先确定客户需求：机器视觉机器视觉- -工业镜头基础知识工业镜头基础知识

29、工业镜头的选择要点工业镜头的选择要点2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司34341公式计算法：视场和焦距的计算 视场系指被摄取物体的大小，视场的大小是以镜头至被摄取物体距离，镜头焦头及所要求的成像大小确定的。 1、镜头的焦距，视场大小及镜头到被摄取物体的距离的计算如下； f=wL/W 2、f=hL/h f；镜头焦距 w：图象的宽度（被摄物体在ccd靶面上成象宽度） W：被摄物体宽度 L：被摄物体至镜头的距离 h：图象高度（被摄物体在ccd靶面上成像高度）视场（摄取场景）高度 H：被摄物体的高度 ccd靶面规格尺寸：单位mm 规格 W H 1/3

30、4.83.6 1/2 6.44.8 2/3 8.86.6 1 12.79.6 由于摄像机画面宽度和高度与电视接收机画面宽度和高度一样，其比例均为4:3,当L不变，H或W增大时，f变小，当H或W不变，L增大时，f增大。 机器视觉机器视觉- -工业镜头基础知识工业镜头基础知识工业镜头的焦距计算工业镜头的焦距计算2022-5-232022-5-23江苏光导通信科技有限公司江苏光导通信科技有限公司3535齿轮项目该项目的基本要求是：检测齿轮滚轴的安装质量（缺失）和滚轴的直径公差200微米。在线检测速度为2个/秒。相机的选择： 客户需求200um，根据精度 = FOV / Resolution，测量齿轮实际大小 为48mm，加上边缘宽度，以60mm作为FOV(H)，以此数据算的相机Resolution=FOV(H)/精度=60/0.2=300, 故选择640*480分辨率,曝光时间至少1/2 S的工业相机。镜头的选择 由于这个项目上对检测环境没有特殊要求，人为设定WD=200m