工业视觉基础知识

视觉基础知识V1.0张超一、基础学习第一节光源光源类型类型特点白炽灯钨丝，色温3000~3400k的连续光谱。优点：相对较亮，可以低压电工作；缺点：发热严重，寿命短，不能用作闪光灯，老化快，亮度随时间延迟而下降。氙灯氙气，色温5500~12000k白光。优点：非常亮，可做成每秒200多次的闪光灯；缺点：供电复杂且昂贵，几百万次闪光后出现老化。荧光灯气体放电光源，产生3000~6000k色温可见光，交流电供电，与供电相同频率的闪烁。优点：价格便宜，照明面积大；缺点：寿命短，老化快，光谱分部不均匀，不能用作闪光灯。发光二极管（LED）通过电致发光的半导体，产生类似单色光的非常窄的光谱的光，亮度与电流相关，颜色取决于材料成分，也可以加上涂层。优点：寿命长，可以用作闪光灯，响应速度快，几乎没有老化现象，亮度容易控制，功耗小，发热小。缺点：性能与环境温度有关，环境温度越高性能越差寿命越短。光与被测物间相互作用现实中，镜面反射几乎不可能像镜子一样是理想的相反，镜面反射在一定角度产生较强的波瓣型反射，如下图。利用照明的光谱彩色物体反射了一部分光谱，其他部分被吸收使用合适的照明光源使其光谱范围正好是希望看到波长范围被物体反射，不希望看到的波长范围被物体吸收红色光源变亮变暗直接暗视场正面照明第二节镜头成像原理进光量小，必须通过非常长的曝光时间才能得到亮度足够的图像镜片折射原理折射定律厚镜片成像一般将镜头看作一个厚镜片光阑、入瞳与出瞳D：可变光阑（俗称光圈）基于孔径光阑，定义镜头系统中两个重要的虚拟光阑：入瞳（ENP）与出瞳（EXP）。入瞳决定镜头入口可以接收光线的面积。入瞳是孔径光阑被其前面的光学系统在物方所成的像，通常为虚像。入瞳是物面上所有各点发出的光束的共同入口，通过入瞳的光线可以进入到镜头系统中，在镜头中传播并通过镜头。同样，出瞳是孔径光阑被其后面的光学系统在像方所成的像，通常也为虚像。只有能通过出瞳的光线才能通过整个光学系统。景深固定放大率时：光圈缩小（增大光圈值），景深增大固定放大率时：光圈增大（减小光圈值），景深减小固定光圈值时：焦距越大（增大放大率），景深减小固定光圈值时：焦距越小（减小放大率），景深增大远心镜头普通镜头：越近的物体所成的像越大远心镜头：成像不产生形变镜头的像差之前都是假设在高斯光学中同心光束通过镜头后会聚于一点，而实际情况中通常是不会发生这种情况的，会有像差。引起像差的原因有好几种，其中最根本的因素就是构成相机镜头的光学镜片是由球面的一部分制造出来的。由于是球面，镜头中心和周围的入射光折射率就会不一样，也就无法实现理想的成像。球面像差彗形像差像散像差像场弯曲畸变像差色像差常见像差：球面魄像差屋（球希差）球差假：焦溉点没有剖全部款集中奴在光衣线轴夕上的茎一点场而出蚁现前公后偏纳移的厉现象以镜鞠头是通球面圣构成逼的观遵点而阁言，舍这是钻一种厘无可怨避免合的像艰差。验通过勤镜头密中心蚁处的愈光线朵和通封过边裁缘处犹的光线激（随着思入射吃位置臣的差淡异）帅，由悦于光杰线前票后偏赚移而离聚焦复成焦瓶点，滩因此句就会悠将影槽像拍祝模糊秆。从去边缘猎处所射入扫的光线携会形看成光胖斑，全而出策现光短的扩屿散。通过岩缩小赚光圈息的方呢式可枝以改库善球轻面像根差的畏问题绩，但柳当光演圈缩毫得太役小时央，有连时会税引起附焦点熄移动交。慧形那像差（慧差）慧差推：斜光我线没仍有集冤中在缓像面麦上的旬一点从光照轴外潜的倾膨斜方堂向所评进入裂的入抖射光越，没耐有集竹中在屡像面浸的一丈点而敏拉出煮彗星稼尾巴烫般的吹扩散由现象住。由刑于在余画面田边缘挣部分掀很明盖显，学会使晚影像拴对比惰度降库低。理就连简受到西彗形震像差弱影响肺的失摔焦部靠分也帐会出某现彗只星状断的像刃差，炉而这辫也称装为彗犹形像少差。像散膏像差这是占指点注没有楼以点袄的形详状来武成像盒的像粥差。锤点如醉果出蜂现在亩越是沿靠近愿画面帽边缘界的位墨置，浆就会粘在垂拼直方算向或氧水平扇方向商拍出绞偏离兵成类箭似线鸣状的捆形状款，而部偏离印方向翅会分侵成同扒心圆痛和果放射泡状。丘当画倡面四藏周如否果有劲很细邪的直沉线和拜横线验出现溜时，掘直线属越清描楚则紧横线务会变假得模控糊；鸦而横清线越朽清楚激的话伙则直些线会购变成饭模糊母，这纷就是椒像散控像差福。像场女弯曲这是枣指当磨对焦僚时的宗面以优面的绝形状笨被记澡录下描来的辉时候禽，在馋这个小面所线引起朽焦点刷偏离狂的像匀差。奖由于减平面脊会被葬拍摄床成碗痕状，冠所以帅，将犹焦点喜对准贡画面饭的中集心处马时，转画面钳边缘辛部分睛就会璃被拍纹成失瞒焦；轨而焦苏点对快准画耳面边坟缘部夸分时庄，中撤心处艳就会愈被拍闯成失神焦。此像镜差就环算缩测小光碧圈也竞完全殊不会很有任槽何改桐善效击果。畸变等像差四方光形的当平面基没有孝形成那四方锁形，炸即没扫有形辣成相颗似形皂状的坑像差厨。直片线会常拍成许曲线婆；正路方形缴的被除摄体照会形正成桶节状或垫者是甩枕状距的变镜形。童镜头抱组合湖构成版上，牢镜片储对称侄的分洋置光放圈两草侧，猛畸变思像差徒比较姻少；剥非对格称构灵成的含镜片籍，则牛经常酱发生尼。色像差（梢色差弃）不同岛色彩总的光今线波辩长也洽不一注样，沾通过盏镜头光的折枝射率嚼也会元变得错不同侮，导欠致焦菌点所境集结谨的点丈错开秆，这贝就是织色差贼。当出递现色汤差后狮，成震像的窜性能弊不但并会变蝴差，府就连装原本芳不该美有的邻地方叉都会眼出现舌色彩逝。色争像差暴分为转“位付置色立像差胆”与显“倍涂率色蛾像差悦”两伴种。粗使用醋长焦方镜头怕时可鞠明显销发现诸位置它色像咐差；尚使用哈广角危镜头华时可碍以明注显发谅现倍调率色摇像差灿。改塌善色担像差舒的方捐法之启一是直要同周时使窄用性支质（叛折射屠率等搞）不窗同的杨玻璃俊镜片乖；另洒外一孩种是恩利用饥光线占分散坛率非近常少恋的特步殊玻色璃片哑。特爷殊低旬色散盟玻璃凳（ED镜片贵）以顶及萤吊石镜仁片狸等都弯是特耕殊镜糕片。套随着肤工艺倒的发王展，顺非球利面镜迷片、蓝纳米扫镀膜妖等都妹使色株像差脾得到瞎了一屈定的痒改善误，相始信未爷来技筹术的朽发展排也会赌使成逆像更贺趋于万理想扯的状鸽态。第三鲜节相机传感判器种搞类CC追DCM丑OSCC佳DCC舍D的英四文全芝称是膏“Ch解ar浪ge态-筋co察up叶le言dD烂ev笋ic精e”，中拿文全钥称是录电行饥耦合竭元件技，通巷常称状为CC江D图像狼传感归器。CC线D是一练种半宴导体恼器件体，能句够把男光学台影像享转化蓬为数披字信尸号，CC涂D上植本入送的微络小光渗敏物终质称肺作像素(P段ix附el鲁)，一元块CC灿O上包挂含的夹像素躁数越血多，息其提岩供的格画面捐分辨胸率也巨就越兵高。CC腾D作用垮就像拉胶片娇一样凡，但云它是绑把图丛像像荐素转块换成数限字信匆号，CC述D上有姨许多济排列坚整齐盘的电记容，沙能感摄应光秘线，蓬并将群影像条转变由成数拢字信臣号。摘经由颜外部展电路郑的控娇制，班每个基小电虫容能跳将其鬼所带描的电钳行转榜给它葵相邻肺的电探容。CC脂D图像傲传感撒器可绩直接衰将光存学信机号转播换为菠模拟淡电流捎信号忠，电糠流信闻号经怠过放惹大和进模数年转换砖，实溜现图旦像的考获取.存储茶、传厉输.处理渠和重现供。线阵CC岁D传感以器光在申光电椅探测笋器中注转换你为电小荷，劫转移讨至串门行读槽出寄你存器寺并通守过电谅荷转捏换器较和放养大器瓶读出负。对功于线观性传感感器帝光电崭探测觉器常臣为光虑电二仔极管炊。线阵叙传感压器只闯能生慢成高植度为1行的耐图像饮。为拦了得朽到有惜效图睛像，傍一般付需要库被摄争或者东相机嫩作相赖对运朵动。全帧计转移型CC投D面阵传感著器光在迈光电备探测傅器中教转化孔为电如荷，葛电荷役按行朴的顺序转州移到击串行未读出鸦电路熄寄存蝴器，武然后耕转换赢为视频信眉号拖影：骡在读赏出过舱程中鸽，光敢电传保感器步在曝葵光，欣仍有睁电荷俱在积某累。园由于像上面沉的像驴素要检经过找下面绳的像俩素位准移出群去，宫因此疗像素克积累啄的全炭部场超景就裂会产雨生拖影现象棋。为了旨避免翻出现衰拖影春，必抱须加规上机息械快巴门或论利用脱闪光关灯，井这是滴全帧什转移典型面莲阵传史感器竟的最起大缺芝点。其最钞大优眯点是驱填充雀因子贫（填术充因姿子是姜像素皂光敏跃感区蝇域与休整个巴靶面亏之比滴）可姿达10侍0%。这狠个填箭充因缠子使大得像炼素的巴光敏拜感度扫最大贝化并削使图练像失伴真最扭小化小。帧转应移型CC货D面阵传感惜器为了折解决绿全帧镜转移胖型传捧感器喘的拖麦影问梅题，欲全帧兼转移衡型传执感器可加上盒另外倍的传办感器雄用于触存储铃，在炼这个溉传感四器上讽覆盖劣有金眯属光帝屏蔽变层，派构成谜帧转弱移型姐面阵拘传感庄器。由于两个传脸感器始间转捐移速韵度很既快，辜通常珠小于50潮0u丢m，因陡此拖辅影可猎以大坐大减筐少。魔（并秒不是苍完全例没有炭）优点半是填锡充因炸子可惨达10夺0%并且筋不需幻玉要机叔械快渴门或摘闪光忘灯。缺点氧是成横本高隔列智转移片型CC痒D传感约器除光尽电探昂测器锡外，贺这种侦传感油器还锹有一雄个带苏有不本透明饭的金新属屏鼠蔽层帽的垂响直转醉移寄扮存器铲。图织像曝幼光后拳，累渔积到融的电恋荷通养过传隆输门巷电路疗转移唤到垂貌直传客输寄幼存器汁。这显一过薄程通伐常在搂小于1u斯s内完醒成。优点析：图寸像没裁有拖暴影，抖不需罢要机赖械快布门和鼓闪光游灯。缺点腿：由葛于其诱传输秋寄存圾器需握要在赴传感膊器上奥占用溜控件沿，所报以填床充因充子可细能低愧至20光%，图浓像失茎真会绒增加兄。CC检D读出均模式隔行紧扫描两次曝幅光之条间有佛移动倦就会孤出现孤锯齿逐行董扫描CM上OS传感各器CM详OS狠(C笋om寺pe劣me艺nt亦ar弃yM遣et炭al幼Ox翅id贿eS洪em盲ic航on绕du断ct缘瑞or进)指互澡补金将属氧疑化物谎半导稍体，饥是电锻压控牧制的否一种勿放大非器件开，是鲁组成CM糠OS数字痒集成缴电路斩的基停本单驾元。蛛在数乔字影华像领授域，CM帽OS作为驰一种轻低成抱本的月感光士元件稍技术禁被发鸡展出竿来，暴市面鉴上常斗见的驶数码栏产品勿，其说感光峰元件这主要眼就是CC喉D或者CM晶OS，尤钻其是己低端惕摄像业头产便品，游而通荐常高挺端摄平像头懂都是CC狡D感光投元件堵。CM玩OS制造橡工艺途被应剂用于还制作讲数码案影像洪器材爸的感蜂光元想件，腐是将鞠纯粹航逻辑辰运算辩的功拴能转痒变成滔接收义外界歇光线盟后转词化为皆电能选，再负造过妻芯片布上的畏模一腔数转续换器(A抄DC熟)将获悉得的吐影像脆讯号应转变竖为数众字信冠号输辈出。CM甩OS传感妙器CM意OS传感滔器的泰每一奖行都使可以皆通过置行和喉列选患择电香路直脑接选额择并且读出迎。CM罚OS传感停器可碰以当闪作随崭机存柳取存伯储器泪。CM款OS每个谜像素涌都有北一个姨自己杏的独别立放对大器旱。填充乌因子错很低板，常愚使用有微镜智来增愿加填承充因炼子和也减少必图像弱失真敢。读出方式辱：全麦局曝窄光与头行曝似光行曝容光全局辞曝光由于CM臭OS传感民器每一默行都可以我独立社读出乡丰，因寇此最岗简单急得到煤一幅穷图像隔的方侨式就切是一搂行一餐行曝男光并可读出塞。对端于连殊续的趣行，父曝光惭时间俊和读每出时弦间可缩慧以重没叠，少这就沃是行秘曝光棉。这其种读宜出方客式会葱使图乖像第民一行视和最塘后一头行有孤很大鸡的采堡集时夕差。全局梢曝光贞传感增器对奥应每稠个像碎素都纯需要肌一个骡存储凯区，豪因此统降低谜了填萌充因访子。传感辨器光蚁波感筑应CC带D和CM批OS传感糖器对袭于近域紫外20牵0n迹m至可胶见光38俗0~观78期0n双m直至翼近红驳外11方00丙nm波长学范围税都有狠响应。彩色滩相机由于CC盛D和CM壁OS传感般器对宋于整恨个可锦检光淘波段抚全部厦都有轻响应英，所俗以无昨法产蓝生彩贩色图酒像。瞒为了潜产生处彩色辟图像乡丰，需择要在创传感拣器前软面加惰上彩糕色滤胡镜阵突列（CF灾A）使埋得一吴定范无围的顷光到锄达每退个光步电探史测器驻。由滚于这亦种传陷感器充仅使曲用一扩个芯屯片得址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