机器视觉系统应用（中级） 课件 项目一 机器视觉系统的硬件选型

机器视觉系统应用（中级）任务1.1相机的选型项目一机器视觉系统的硬件选型任务1.1相机选型学习目标1任务描述2相关知识3任务实施4任务评价5思考练习6PARTONE01PART学习目标/知识目标了解机器视觉的系统组成。了解相机的类型。了解相机的基本参数和通信接口类型。技能目标能够根据检测对象的特征，确定相机的类型。能够根据检测精度、视场要求，确定相机分辨率。能够根据系统特征，选择合适的通信接口。学习目标素养目标根据工作岗位职责，完成小组成员的合理分工。团队合作中，各成员学会合理表达自己的观点。养成安全规范操作的行为习惯。PARTTWO02PART任务描述/任务描述机器视觉系统应用实训平台（中级）机器视觉系统应用实训平台（中级）如图1-1所示，机器视觉单元的设计要求如下：传送带的宽度为100mm，相机的长边与传送带垂直，短边与传送带平行，相机安装位置正下方的80mm长的范围内都对物体进行检测；检测对象到达检测区域之后，传送带停止；传送带的宽度为100mm；重复定位精度小于0.1mm。请根据要求选择合适的相机。PARTTHREE03PART相关知识/机器视觉系统机器视觉系统是通过图像摄取装置将被拍摄目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，得到被拍摄目标的形态信息，根据像素分布的亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，根据分析的结果来控制现场的设备动作。简单的来说，机器视觉系统就是让机器拥有视觉，可以具有像人一样进行判断，具有识别、测量等功能。机器视觉系统的组成机器视觉系统由硬件和软件两部分组成。硬件部分主要有相机、镜头、光源等组成，软件部分主要是指视觉软件。机器视觉系统组成相机的功能相机的功能是通过成像传感器将镜头产生的光学像转换为对应的模拟或数字信号，并将这些信息由相机与计算机的接口传送到计算机主机。相机的结构相机主要是由传感器芯片、防尘片/滤光片、控制与信号转换电路板、光学接口、数据接口以及外壳构成。相机的结构相机的分类按芯片技术分类CCD相机和CMOS相机按输出图像信号格式分类模拟相机和数字相机按像元排列方式分类线阵相机和面阵相机按拍照颜色分类黑白相机和彩色相机相机的基本参数

（1）图像传感器尺寸相机的基本参数（2）分辨率相机分辨率：相机芯片像元的个数。线阵相机分辨率特指图像行的数目，常见的有1024、2048、4096、8000。面阵相机分辨率以像素总数或者横向分辨率乘以纵向分辨率表示：

30万：640×480130万：1280×1024200万：1600×1200500万：2592×1944

600万：3072×20481000万：3840×27482000万：5496×36722900万：6576×4384相机的基本参数（3）像素和像元0102是图片的基本组成单位，是芯片相对应像元产生的图片灰度信息。像素是芯片的基本组成单位，是实现光电信号转换的基本单元。像元芯片尺寸=分辨率*像元尺寸相机的基本参数（4）视场和精度视场：相机拍摄到的幅面的实际大小。精度：相机拍摄图像上一个像素代表的实际尺寸大小。例：用500万像素相机（分辨率2592×1944）拍摄80mm的视场，则精度=80÷2592=0.031（mm/pixel）相机的基本参数（5）帧率帧率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，简称：FPS或“赫兹”（Hz）。每秒的帧数(fps)或者说帧率表示图形处理器处理图像时每秒钟能够更新的次数。高的帧率可以得到更流畅、更逼真的动画。相机的基本参数（6）曝光时间和曝光方式传感器将光信号转换为电信号形成一帧图像，每个像元接收光信号的过程叫曝光，所花费的时间叫曝光时间，也叫快门速度。曝光方式分为卷帘曝光和全局曝光。相机芯片逐行陆续曝光。卷帘曝光相机芯片全部像元同时曝光。全局曝光相机的接口USB接口IEEE1394GigE（千兆网）CameraLink常见的数据接口有：GIGE、Cameralink、IEEE1394、USB、CameralinkHS等。光学接口有C、CS、F等。相机的选型方法02估算视场计算分辨率确定曝光方式确定帧率确定接口确定相机型号0304050607确定相机类型01PARTFOUR04PART任务实施/确定相机的参数步骤1：确定相机的类型。（2）确定相机是选择黑白相机还是彩色相机（1）确定相机是选择面阵相机还是线阵相机。面阵相机选择彩色相机。确定相机的参数步骤2：确定视场。

检测区域检测区域确定相机的参数步骤3：相机分辨率确定。

确定相机的参数步骤4：确定相机快门类型。拍照方式是静止拍照，故选用Rolling类型的相机。步骤5：确定相机接口类型。机器视觉系统应用实训平台（中级）不需要与其他设备进行通信，只是内部视觉单元与机器人单元的通信，通信距离较短，对传输速度要求不高，因此选择选择USB接口的相机。确定相机的型号步骤1：确定相机品牌。海康是国内工业相机的龙头企业，并且是越疆长期的合作伙伴，因此选择海康品牌。步骤2：根据海康选型手册，进行参数匹配，确定相机型号是MV-CE050-30UC。产品型号传感器型号传感器类型靶面尺寸像元尺寸快门类型分辨率最大帧率接口黑白彩色MV-CE060-30UCAR0521CMOS2.2µmRolling2592×194444.7fpsUSB3.0√相机参数PARTFIVE05PART任务评价/任务评价类别考核内容分值评价分数自评互评师评理论了解机器视觉系统的定义及组成5

了解相机的类型

10

了解相机的基本参数和通信接口类型

15技能据检测要求，确定相机类型

10

能够根据检测精度、视场要求，确定相机分辨率

20能够根据检测速率要求，确定相机的帧率

20会根据选型手册，确定相机的型号

10素养遵守操作规程，养成严谨科学的工作态度2

根据工作岗位职责，完成小组成员的合理分工2

团队合作中，各成员学会合理表达自己的观点2

严格执行6S现场管理2

养成总结训练过程和结果的习惯，为下次训练总结经验2

PARTSIX06PART思考练习/思考练习1、什么是机器视觉系统？2、相机的基本参数有那些？3、相机常见的数据接口有哪些？THANKYOU!深圳市越疆科技公司机器视觉系统应用（中级）机器视觉系统应用（中级）任务1.1相机的选型项目一机器视觉系统的硬件选型任务1.2镜头选型学习目标1任务描述2相关知识3任务实施4任务评价5思考练习6PARTONE01PART学习目标/知识目标了解镜头的功能、结构以及成像原理。了解镜头的类型。了解镜头的基本参数以及各参数的相互影响关系。技能目标能够根据检测对象的特征，确定镜头的类型。够根据工作距离和相机分辨率，计算镜头的焦距。能够根据选型手册，确定镜头的型号。学习目标素养目标根据工作岗位职责，完成小组成员的合理分工。团队合作中，各成员学会合理表达自己的观点。养成安全规范操作的行为习惯。PARTTWO02PART任务描述/任务描述机器视觉系统应用实训平台（中级）机器视觉系统应用实训平台（中级）的工作距离范围为400~600mm，设备要有一定的可拓展性。请选择合适的镜头。PARTTHREE03PART相关知识/镜头的功能和结构镜头是由一些光学零件按照一定的方式组合而成的。常见的光学零件有透镜、反射镜、棱镜等。定焦镜头镜头上有对焦环和可变光圈两个环，为了防止误碰动，工业镜头的两个环都有锁定螺丝。可变光圈对焦环镜头的成像原理成像原理镜头的分类按照放大倍数分类：可以分为定倍镜头和变倍镜头。按照变焦与否分为：定焦镜头、变焦镜头。特殊用途的镜头：显微镜头、微距镜头、远心镜头。镜头的基本参数（1）工作距离工作距离：目标和镜头之间的距离。实际使用时要注意的是，一个镜头不能对任意物距下的目标都清晰成像，所以镜头的工作距离是个有限的范围。镜头的基本参数（2）最大兼容CCD尺寸

所有镜头都只能在一定的范围内清晰成像，最大兼容CCD尺寸指镜头能支持的最大清晰成像的范围。在实际选择相机和镜头时，要注意所选择的镜头的最大兼容CCD尺寸要大于或等于所选择的相机芯片的尺寸。镜头成像区域可兼容最大芯片相机芯片

1镜头最大兼容CCD尺寸≥相机芯片尺寸镜头成像区域芯片太大引起的无效区域镜头的基本参数（3）焦距

(对角

水平

垂直)视场角镜头焦距是指镜头光学后主点到焦点的距离，是镜头的重要性能指标。镜头焦距的长短决定着拍摄的工作距离、成像大小、视场角大小及景深大小。镜头的基本参数（4）视场与视场角视场角：在光学工程中，视场角是指镜头对图像传感器的张角，即若y'为Sensor的半对角线长度，则视场角2θ≈2*arctan(y'/f')

视野(FieldofView,FoV)，也叫视场范围，是指镜头能观测到的实际范围。镜头的视野大小和相机的分辨率，决定视觉系统所能达到的视觉检测精度。视场与视场角镜头的基本参数（5）光圈/相对孔径

光圈镜头的基本参数（5）光圈/相对孔径光圈大小对图片亮度的影响：通过调节镜头的光圈大小，可以控制镜头的入光量，图像的亮度也随之而变化。光圈在较小的情况下，图片亮度相对较暗，工件和背景的对比度相对较低。光圈在居中的情况下，图片亮度相对一般，工件和背景的对比度一般。光圈在较大的情况下，图片亮度相对较亮，工件和背景的对比度相对较高。光圈光圈镜头的基本参数（6）景深在聚焦完成后，在焦点前后的范围内都能形成清晰的像，这一前一后的距离范围，叫做景深。景深镜头的基本参数（6）景深图片显示了对于同一物体，不同成像系统的景深大小不同，从左向右，景深一次增加。影响景深的因素：光圈越小，景深越大；焦距越小，景深越大；工作距离越远，景深越大。镜头的基本参数

物距像距透镜的物方主点到物平面的距离，称为物距。透镜的像方主点到像平面的距离，称为相距。

物距与像距镜头的基本参数（8）失真失真又称畸变，是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，因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，而不影响清晰度。桶形畸变枕形畸变正常镜头的基本参数（6）接口镜头需要与相机进行配合才能使用，它们两者之间的连接方式通常称为接口。为提高各生产厂家镜头之间的通用性好规范性，业内形成了数种常用的固定接口，例如C接口、CS接口、F接口、V接口、T2接口、徕卡接口、M42接口、M50接口等。C接口镜头的各参数间相互影响关系焦距大小的影响光圈大小的影响像场中央与边缘光波长度的影响焦距越小，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。光圈越大，图像亮度越高；光圈越大，景深越小；光圈越大，分辨率越高。一般情况下图像中心比边缘成像质量好；图像中心比边缘光场照度高。在相同的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。镜头选型思路镜头选型思路PARTFOUR04PART任务实施/确定镜头的参数步骤1：选择镜头类型。无特殊需求，同一工作距离下可能需要改变放大倍率，故选择定焦镜头。定焦镜头确定相机的参数步骤2：计算焦距

确定相机的参数步骤3：确定靶面尺寸。

镜头成像区域可兼容最大芯片相机芯片

1镜头最大兼容CCD尺寸≥相机芯片尺寸靶面尺寸选择原则确定镜头的型号步骤1：确定镜头品牌。因相机选择的是海康的相机，因此镜头也选择海康的。步骤2：根据海康选型手册，进行参数匹配，确定镜头型号为MVL-HF1228M-6MPE。型号靶面尺寸焦距（mm）畸变视场角最近摄距（m）滤镜螺纹DHVMVL-HF1228M-6MPE12-0.01%40.6°34.2°23.2°0.1M37.5*0.5镜头参数PARTFIVE05PART任务评价/任务评价类别考核内容分值评价分数自评互评师评理论了解镜头的功能、结构以及成像原理5

了解镜头的类型

10

了解镜头的基本参数以及各参数的相互影响关系

15技能会根据系统要求，确定镜头的类型

10

会根据相机分辨率和视野的大小，计算焦距

20会根据相机CCD尺寸的大小，确定镜头的CCD尺寸

20会根据选型手册，确定镜头的型号

10素养遵守操作规程，养成严谨科学的工作态度2

根据工作岗位职责，完成小组成员的合理分工2

团队合作中，各成员学会合理表达自己的观点2

严格执行6S现场管理2

养成总结训练过程和结果的习惯，为下次训练总结经验2

PARTSIX06PART思考练习/思考练习1、根据焦距是否可调节，镜头可以分为

和

。2、镜头的参数有那些？3、

决定着拍摄的工作距离、成像大小、视场角大小及景深大小。4、镜头常见的接口有哪些？

THANKYOU!深圳市越疆科技公司机器视觉系统应用（中级）机器视觉系统应用（中级）任务1.1相机的选型项目一机器视觉系统的硬件选型任务1.3光源选型学习目标1任务描述2相关知识3任务实施4任务评价5思考练习6PARTONE01PART学习目标/知识目标了解光源的作用。了解打光方式。了解常见LED光源及其应用。技能目标根据检测对象的特征选择不同的光源颜色。能够根据待检对象和检测区域大小，确定光源的尺寸、角度、功率。学习目标素养目标根据工作岗位职责，完成小组成员的合理分工。团队合作中，各成员学会合理表达自己的观点。养成安全规范操作的行为习惯。PARTTWO02PART任务描述/任务描述机器视觉系统应用实训平台（中级）机器视觉系统应用实训平台（中级）要求能够对多种对象进行检测，请选择合适的光源。PARTTHREE03PART相关知识/光源的作用凸显出缺陷和背景的差异，提高图像对比度；形成最有利于图像处理的成像效果；照明目标，提高目标亮度，克服环境光干扰，保证图像的稳定性。在机器视觉系统中，光源的作用至少有以下几种：打光方式高角度打光低角度打光背部打光CCDCCDCCD选型技巧（1）颜色的叠加蓝色红色深色绿色红色深色互补色：色环中对称颜色叠加在黑白相机下呈现深色。邻色：色环中相邻或同种颜色叠加在黑白相机下呈现浅色。蓝色蓝色浅色蓝色绿色浅色红色红色浅色绿色绿色浅色选型技巧红外光波长长，穿透性强的特性；紫外光波长短，扩散率高以及激发荧光的特性。例：红外光可过滤产品表面有机涂料干扰，检测表面划痕。紫外光波长短，扩散率高以及激发荧光的特性。例：紫外光扩散率较高，适用于透明物体表面Mark点定位。（2）使用波长的特性选型技巧（3）不同材质金属对不同波段的光源反射率不同。铜和金对于波长短的光源，反光较弱。蓝色光源能够更好的打出铜、金、铝之间的差异。金属表面的分光反射率常见的LED光源（1）条形光源条形光源也叫条形灯是一种从侧面打光的照明光源，常用的角度是45度，也有更小的角度。侧光灯可以避免正面照射产生的强烈反光，同时还可以对边缘部分实现高亮的照明，在尺寸检测、外观检测方面应用比较广泛。条形光源的典型应用：包装文字检测纸张质量检测制造物裂纹的检测电子部件的形状识别和大小的检测条形光源常见的LED光源（2）环形光源直接照射环形光源，适合不反光物体的检测，主要用于扩散表面的照明。环形光源的典型应用：检测BGA、QFP位置检测集成电路撩带检测集成电路的管教字符检测金属表面划伤检测环形光源常见的LED光源（3）同轴光源同轴光源为平板镜面表面提供漫射均匀照明，利用同轴光源方法，垂直于照相机的镜面表变得光亮，而标记或雕刻的区域因吸收光线而变暗。同轴光源的典型应用：金属、玻璃等具有光泽的物体表面的缺陷检测线路板焊点、符号等的检测检测集成电路的管脚字符芯片和硅晶片的破损检测同轴光源常见的LED光源（4）穹顶光源穹顶光源是一款用于扩散、均匀照明的光源，光源的大张角可以帮助弯曲、光亮和不平表面成像。穹顶光源通过半球型的内壁多次反射，可以完全消除阴影。穹顶光源的典型应用：曲面形状的缺陷检测不平坦的光滑表面字符的检测金属或镜面的表面检测穹顶光源常见的LED光源（5）背光源背光源本身均匀性高，同时厚度比较薄，适用于安装紧凑的位置，可以完美呈现被检测对象的轮廓缺陷等。背光源的典型应用：定位或外形尺寸测量贯穿开口（如钻孔）测量材料厚度：安装孔定位降低玻璃或塑料外壳的清晰度背光源常见的LED光源（6）线光源线型光源主要应用于亮度较高的线阵项目，配套线阵相机应用。线型光源的典型应用：检测印刷品、纺织品及要求比较高的大型工件用于需要长、窄的现场、物体表面反射不强的情况线光源常见的LED光源（7）LED点光源是指以LED作为发光体的点光源。点光源适用于安装控件较小的视觉系统，配合显微镜使用。点光源的典型应用：检测微小元件。点光源（8）红外光可过滤产品表面有机涂料干扰，检测表面划痕；红外光穿透深色口服液检测内部杂质。红外光源镜头的功能和结构光源控制器的主要作用是给光源供电，控制光源的亮度并控制光源照明状态（亮/灭），还可以通过给控制器触发信号来实现光源的频闪，进而大大延长光源的寿命。光源控制器分为模拟控制器和数字控制器，模拟控制器通过手动调节，数字控制器可以通过电脑或其他设备远程控制。光源控制器PARTFOUR04PART任务实施/确定光源的参数步骤1：确定光源颜色。考虑到兼容性，因白色光源对照射对象，红色、绿色、蓝色三种对象的反射光亮度相同，故选用白色光源。步骤2：确定打光方式和光源形状。实