机器视觉技术及应用 课件 第三章 机器视觉硬件系统

机器视觉硬件系统第三章机器视觉系统组成机器视觉系统的硬件系统主要包括相机、镜头、光源、光源控制器、视觉控制器等。相机：用于捕获图像或视频。相机可以是标准的工业相机，也可以是专门设计的机器视觉相机。相机负责将光学信息转换为数字信号。镜头：镜头是安装在相机前的光学元件，用于调整图像的焦距、视场和聚焦。镜头帮助相机捕获清晰的图像。光源：光源用于提供适当的照明条件，确保图像质量和目标的适当可见性。光源可以是白光、红外线、激光等不同类型的光源。光源控制器：光源控制器用于控制光源的亮度、颜色、闪光模式等参数。它可以确保在不同应用场景下获得所需的光照条件。视觉控制器：视觉控制器通常是一台计算机或嵌入式系统，用于处理和分析相机捕获的图像。它负责运行图像处理算法、执行视觉任务，并与其他系统进行通信和协调。这些硬件构成了一个完整的机器视觉系统，用于实现各种应用，如目标检测、测量、识别等。第三章机器视觉硬件系统相机3.1镜头3.2光源33.3光源控制器3.4第三章机器视觉硬件系统相机013.1相机工业相机主要由图像传感器、内部处理电路、数据接口、IO接口、光学接口等几个基本模块组成。工业相机的基本原理工业相机系统用一个带有小孔的板遮挡在屏幕与物之间，屏幕上就会形成物的倒像，我们把这样的现象叫小孔成像；前后移动中间的板，像的大小也会随之发生变化；光沿直线传播。物像小孔投影面上的倒影工业相机的基本原理工业相机系统工业相机的基本原理工业相机系统人们利用“小孔成像”原理制造各类光学成像装置，这种装置被称为“Cameraobscura（暗箱）”；Cameraobscura被认为是照相机的祖先，而“Camera”则成了照相机的英文名称；照相机的成像原理即来源于小孔成像，镜头是智能化的小孔，通过复杂的镜头组件实现成像距离。工业相机的基本原理相机镜头相机芯片逐级放大示意图防尘片滤光片光学接口传感器芯片控制与信号转换电路数据接口像素（光电二极管）工业相机的基本原理相机光信号采集结果图像工业相机是通过CCD或CMOS图像传感器将光信号转变为有序的电信号，并将这些信息通过相应接口传送到计算机。3.1相机工业相机分类分类1分类2按芯片类型CCD相机CMOS相机按扫描方式隔行扫描相机逐行扫描相机按传感器结构特性线阵相机面阵相机按输出图像颜色单色相机彩色相机按输出信号模拟相机数字相机工业相机按图像传感器类型分类优点：CCD电路结构简单，图像质量好。缺点：制造工艺复杂，成本高；会产生高光溢出现象。优点：每个成像单元独立，支持并行读取，速度快；大规模集成电路，功耗低；制造成本低；缺点：结构电路复杂，易引入噪声。3.1相机CCDCMOS串行处理并行处理光线灵敏度高，图形对比度高光线灵敏度低，图形对比度低，高动态范围低噪声存在固定模式噪声集成度较低，尺寸较大高集成度，芯片上集成了很多功能，尺寸较小功耗一般功耗较低成本较高成本较低3.1相机面阵相机与线阵相机3.1相机分类主要区别线阵相机芯片为线状,相机和物体间要有相对运动才能成像,价格比较高.能够拥有非常高的行频与横向分辨率面阵相机芯片为面阵,物体静止或运动都可成像根据性能，价格不一,可以实时获得二维图像信息，测量图像直观工业相机按图像模式分类2D相机3D相机3.1相机➽工业相机主要参数分辨率：由相机所采用的芯片分辨率决定，是芯片靶面排列的像元数量。通常面阵相机的分辨率用水平和垂直分辨率两个数字表示。分辨率越高，成像后的图像像素数就越高，图像就越清晰。例如：一个相机的分辨率是1280(H)×1024(V)，表示每行的像元数量是1280，每列的像元数量是1024，此相机的分辨率是130万像素。常用的工业面阵相机分辨率有30万（640*480）像素，130万像素，200万像素，300万像素，500万像素等。对于线阵相机而言，分辨率就是传感器水平方向上的像素数，常见有1K（1024），2K(2048)，4K(4096)等。工业相机主要参数分辨率：由相机所采用的芯片分辨率决定，是芯片靶面排列的像元数量。分辨率越高，成像后的图像像素数就越高，图像就越清晰。像素深度：也称为位深度，是指数字图像中每个像素所能表示的色彩或亮度级别的数量。它表示了数字图像中每个像素可以存储的信息量。像素深度以位（bit）为单位进行表示，常见的位深度有8位、10位、12位、16位等。位深度越高，每个像素所能表示的色彩或亮度级别就越多，图像的色彩细节和灰度级别的表现能力也就越丰富。但同时数据量也越大，影响系统的图像处理速度。例如，8位像素深度可以表示256个不同的亮度级别，通常对应于灰度图像，每个像素可以表示从0（最暗）到255（最亮）的灰度值。分辨率和像素深度共同决定了图像的大小。例如对于像素深度为8bit的500万像素，则整张图片应该有500万*8/（1024*1024）≈40M字节(MB)。3.1相机➽工业相机主要参数工业相机主要参数像元尺寸：也称为像素尺寸或像元大小，是指数字图像中每个像素在物理空间中所占据的实际尺寸。像元尺寸通常用长度单位表示，表示每个像素在实际场景中的宽度和高度。3.1相机➽工业相机主要参数像元尺寸：也称为像素尺寸或像元大小，是指数字图像中每个像素在物理空间中所占据的实际尺寸。像元尺寸通常用长度单位（如毫米、微米或纳米）表示，表示每个像素在实际场景中的宽度和高度。像元尺寸是相机传感器或图像采集设备的一个关键参数，它决定了相机在捕获图像时所能细分的空间精度。较小的像元尺寸可以提供更高的空间分辨率和细节捕捉能力，适用于高精度的测量、显微镜图像等应用。然而，较小的像素尺寸通常意味着每个像素接收的光量更少，这可能导致图像噪声的增加和低光条件下的图像质量下降。此外，较小的像素尺寸也可能导致相机的灵敏度降低。3.1相机➽工业相机主要参数靶面尺寸：是指数字相机传感器的物理尺寸，通常以对角线长度来表示。它指的是相机传感器上光敏元件（像元）排列的区域的大小。靶面尺寸是相机性能的一个重要参数，它会直接影响到相机的视场角、图像质量和光学性能。较大的靶面尺寸可以容纳更多的像元，提供更大的视场角和更高的分辨率，能够捕捉到更广阔的景象和更多的细节。靶面尺寸是相机感光元件所占据的实际物理空间的度量，通常用英寸（"）或毫米（mm）表示。工业相机主要参数靶面尺寸：是指相机感光元件的实际物理尺寸，通常以对角线长度来表示，用英寸或毫米表示。芯片宽度=分辨率宽度*像元尺寸芯片高度=分辨率高度*像元尺寸3.1相机➽工业相机主要参数相机的靶面尺寸等于像元尺寸乘以相机分辨率。如某相机的分辨率为2588*1940的500万像素，像元大小为2.2um，则其传感器的尺寸为2588*2.2=5694um=5.694mm，宽方向为1940*2.2=4268um=4.268mm,对角线方向为7.116mm,即为1/2.5''的传感器。

对于某相机说明书上写1920*1080对应的像元大小为3um，则其传感器靶面尺寸为横向1920*3um=5.76mm，纵向1080*3um=3.24mm，对角线长度为6.608mm，约为1/2.4''的传感器。3.1相机➽工业相机主要参数帧率：是指相机每秒钟能够捕捉和输出的图像帧数。它表示相机的图像采集速度和输出速度。帧率越高，相机可以提供更快的图像更新速度，从而适用于高速运动场景或需要实时反馈的应用。行频：是指相机每秒钟读取的图像行数。对于某些相机，特别是线阵相机，它们是按行顺序读取图像的。行频表示相机每秒钟能够读取的图像行数，也可以看作是相机的图像采集速度。工业相机主要参数帧数：是指面阵相机每秒钟能够捕捉和输出的图像帧数。行频：是指线阵相机每秒钟读取的图像行数。工业相机主要参数帧率越高，也就是说每秒能够拍摄更多图像，传输更高的数据量。30fps表示相机在1秒钟内最多能采集30帧图像。12kHz表示相机在1秒钟内最多能采集12000行图像数据。相机类别面阵相机线阵相机单位fpsHz常用帧率5-350fps1k-32kHz帧率（FrameRate）是指相机采集传输图像的速率，即相机可在每秒钟拍摄与传输的图像数量。通常一个系统要根据被测物体的运动速度和大小、视野范围、测量精度计算得出所需要的相机帧率。对于面阵相机一般称为帧率，即每秒采集多少幅图像；对于线阵相机为每秒采集的行数，即行帧。3.1相机➽工业相机主要参数曝光：是指相机感光元件（例如面阵相机的传感器）对光线的敏感程度或感光元件接收到的光线量。曝光时间即为像元素感光的时间，也称为快门时间。在相同的外部条件下，曝光时间越长，图像亮度越高，但相应的帧率/行频会降低。在一些飞拍应用中，曝光不够短会导致图像拖影。因此需要工业相机具备在极短的曝光时间内成像的特性。常见的电子快门的方式有全局快门和卷帘快门。全局快门：是曝光时，传感器上所有像素在同一时刻开启曝光并在同一时刻曝光结束，将物体某时刻的状态成像，所以适合拍摄高速运动的物体。卷帘快门：是逐行顺序开启曝光，不同行间曝光的开启时刻有个很小的延迟，所以不适合运动物体的拍摄。如果相机的曝光时间过长，就会使速度快的运动物体变模糊。工业相机主要参数曝光：也称快门，是指相机感光元件接收到的光线量。曝光时间即为像元素感光的时间。曝光方式全局曝光（GlobalShutter）：整个芯片同时曝光（CCD）卷帘曝光（RollingShutter）：逐行滚动曝光（CMOS）全局曝光卷帘曝光全局曝光卷帘曝光3.1相机➽工业相机主要参数相机接口：是指用于连接相机和其他设备（如计算机、打印机、存储设备等）之间的物理连接或通信接口。工业相机和主机之间为了传输图像所建立的一种电气接口，它直接决定了这款相机核心的性能指标以及它的适用范围。工业相机通常有三个基础的接口，镜头（光学）接口、数据接口与电源接口3.1相机➽工业相机主要参数GigECameraLinkUSB3.0CoaXPress3.1相机➽工业相机主要参数参数GigEUSB3.0CameraLinkCoaXPress速度(Mbit/s)10003000640025600(4根)6.25Gbps/根距离(m)100（双绞线）>100（光纤）5（标准无源电缆）>5（光纤）1045（CXP-6）35（CXP-12）成本低低高高优点1.拓展性好2.性价比高3.可管理维护性4.广泛适用性1.支持热插拔2.使用便捷3.可连接多个设备4.相机可通过线缆供电1.高速率2.抗干扰能力强3.功耗低1.数据传输量大2.传输距离长3.可选择传输距离和传输量4.价格低廉，易集成5.支持热插拔3.1相机➽工业相机主要参数光学接口：工业相机与镜头之间的接口为光学接口，一般有C口，CS口，F口，M42口，M12口，M58口，M72口等。3.1相机光学接口（LensMount）即镜头接口，是指工业相机与镜头之间的接口，常用的有C型、CS型、F型等。

卡口E卡口工业相机光学接口光学接口：工业相机与镜头之间的接口为光学接口。(a)C接口相机与C接口镜头(b)接口镜头与F接口相机(c)M72接口相机与M72接口镜头3.1相机➽工业相机主要参数C和CS两种镜头接口非常相似，其直径、螺纹间距都是一样的，只是法兰距不同。法兰距是指机身上镜头卡口平面与机身曝光窗平面之间的距离，即镜头卡口到CCD/CMOS感光元件之间的距离。对于CS接口的相机，如果想接入C接口的镜头，只需要加一个CS-C的转接环就行了（该转接环的厚度大约是5mm）3.1相机➽工业相机主要参数名称890万像素网口面阵相机，IMX267，黑白MV-CH089-10GM(EoL)性能传感器类型CMOS，全局快门传感器型号IMX267

像元尺寸3.45µm×3.45µm

靶面尺寸1”

分辨率4096×2160

帧率13fps@4096×2160

曝光时间超小曝光模式：1μs~14μs正常曝光模式：15μs~10sec

快门模式支持自动曝光、手动曝光、一键曝光模式

黑白/彩色黑白

像素格式Mono8/10/10Packed/12/12Packed

电气特性数据接口GigE供电12VDC，支持PoE供电

典型功耗3.5W@12VDC

结构镜头接口C-Mount外形尺寸29mm×44mm×59mm工业相机选型DC-C108-003G-173GM镜头接口：C-C口F-F口分辨率：0.3MP快门方式：G-GlobalShutterR-RollingShutter帧率数据接口：GigE接口颜色：M-MonoC-Color电源接口数据接口光学接口德创工业相机选型工业相机选型的主要步骤（1）确定传感器类型（2）确定分辨率大小（3）确定帧率/行频（4）确定工业相机产品系列（5）确定特殊需求（6）根据相机参数选择相关产品工业相机选型本产品是长边为75mm的连接器，来料方向基本不变，被测物为静态拍照状态；检测的PIN针所在区域为67mm*8mm；两PIN针之间距离允许上下变化的公差±0.25mm，即允许变化范围0.5mm；无其他特殊需求。工业相机选型（1）确定传感器类型该用户需要测试固定视野大小的产品，因此选用面阵相机；检测PIN针所在位置，无色彩要求，选择黑白相机；被测物为静态拍照状态，故选择卷帘曝光相机。（2）视野范围实际检测区域范围为67mm*8mm，常用视野长宽比例为4:3，视野假设为72*54mm。（3）像素精度由于需要对产品质量进行稳定性分析，且考虑到边缘像素跳动，针对连接器行业，通常的精度要求需要除以10，则此处为0.5mm/10pixel=0.05mm/pixel。（4）分辨率长边：72mm÷0.05mm/pixel=1440pixels，宽边54mm÷0.05mm/pixel=1080piexls，则分辨率至少为1440*1080=1555200pixels。（5）数据接口为了节省成本和降低方案复杂度，选用千兆网以太网接口。（6）确定工业相机产品系列对于DCCK系列相机，最终选择分辨率为200万的卷帘曝光黑白工业面阵相机，分辨率1624*1240。即可选择DC-C108-020R-60GM相机。常用相机像素：0.31.325101220单位MP（MegaPixels）工业相机选型产品情况：检测汽车电容器方框内的零件是否有漏装、错装、装反；所需检测产品字符细节尺寸为0.5mm。细节尺寸：区域大小：检测区域为110mm×27mm；字符：15字符：10字符：30字符：20字符：7.5工业相机选型计算步骤：①视野（FOV）：检测范围110mm×27mm，视野范围需要比待检测范围大，常用视野长宽比例为4:3，所以选取视野范围160mm*120mm。②像素精度：产品的字符细节尺寸0.5mm，通常每个字符的笔画宽度需要大于或等于十个像素，所以像素精度为0.5/10=0.05mm/piexl。③分辨率：长边160/0.05=3200pixels，宽边120/0.05=2400piexls，则分辨率至少为3200*2400，可选用1000万像素的工业相机。④彩色or黑白：检测区域包含多种颜色，选用彩色相机。选择相机：1000万像素，分辨率3860*2748。第三章机器视觉硬件系统镜头023.2镜头镜头在机器视觉系统中的作用是收集光线、聚焦图像、控制视野和视场角、调整图像质量、控制景深以及校正光学畸变。3.2镜头相机镜头镜头外部结构对焦环（N-NEAR/∞-FAR）调光圈环（O-OPEN/C-CLOSE）锁紧螺丝镜头接口透镜3.2镜头➽镜头主要参数焦距：即焦长，是平行光入射时，从透镜光心到光线聚集之焦点的距离。在相机中，焦距是从镜片中心到底片或是CCD等成像平面的距离。3.2镜头➽镜头主要参数视场角（视角）：像场所对应的景物范围被称为视场（Fieldofview,即FOV，也叫视野范围），即整个系统能够观察的物体的尺寸范围。3.2镜头➽镜头主要参数视场角（视角）：像场所对应的景物范围被称为视场（Fieldofview,即FOV，也叫视野范围），即整个系统能够观察的物体的尺寸范围。工业镜头的主要参数视野：像场所对应的景物范围被称为视场，即整个系统能够观察的物体的尺寸范围。焦距数值越小，视野越大，观察范围越大；焦距数值越大，视野越小，观察范围越小。

物体镜头成像相机芯片（a）25mm焦距成像效果物体镜头成像相机芯片（b）35mm焦距成像效果3.2镜头➽镜头主要参数景深是指在摄影或光学成像中，被摄物体在图像中呈现清晰焦点的范围。简而言之，景深是指图像中的前景和背景都能够保持清晰的距离范围。在靠近焦点处，光线开始聚集；在焦点前和后，光线开始扩散，点的影像变成模糊的，形成一个扩大的圆，这个圆就叫做弥散圆。通常在被摄物体（焦点）前后各有一个容许弥散圆，这两个弥散圆之间的距离就叫景深。工业镜头的主要参数景深：是指在摄影或光学成像中，被摄物体在图像中呈现清晰焦点的范围。工业镜头的主要参数景深：是指在摄影或光学成像中，被摄物体在图像中呈现清晰焦点的范围。1、光圈越大，景深越小，

光圈越小，景深越大；2、焦距越长，景深越小，

焦距越短，景深越大；3、拍摄距离越远，景深越大，

距离越近，景深越小；3.2镜头➽镜头主要参数景深是指在摄影或光学成像中，被摄物体在图像中呈现清晰焦点的范围。简而言之，景深是指图像中的前景和背景都能够保持清晰的距离范围。在靠近焦点处，光线开始聚集；在焦点前和后，光线开始扩散，点的影像变成模糊的，形成一个扩大的圆，这个圆就叫做弥散圆。通常在被摄物体（焦点）前后各有一个容许弥散圆，这两个弥散圆之间的距离就叫景深。焦距越长，景深越小；距离越远，景深越大；光圈越大，景深越小。3.2镜头➽镜头主要参数焦距：f＝WD×CCD芯片尺寸(长边尺寸or短边尺寸)/FOV(长度or宽度)焦距越小，视场角就越大，视野也就相应的更大，因为焦距一般有固定的值，如5mm、8mm，所以实际焦距可以相应选小一号的。已知用户观察范围为30mm*30mm，工作距离为100mm，CCD尺寸为1/3’’,那么需要多少焦距的镜头？相机CCD芯片尺寸1/3’’，则CCD芯片长度尺寸4.8mm，宽带尺寸3.6mm，则焦距f=（100*3.6）/30=12mm。3.2镜头➽镜头主要参数光圈：用于控制镜头进光量的大小。它是一个可调节的孔径，决定了通过镜头进入相机的光线的数量。光圈的大小直接影响到摄影中的曝光和景深。镜头光圈的大小用相对孔径D/f来表示，其中D为镜头中光线能通过的圆孔直径，f为焦距。D越大能收集和通过的光线越多，同时，焦距越短，这些光线到达成像面的密度越高。镜头上标注的相对孔径都是以1/F（F---光圈数，也叫焦径比）的倒数来表达的。则光圈数（F）和光圈是一个反比关系。即F值越小，光圈越大。F值越大，光圈越小。光圈通常用F值来表示，如f/2.8、f/4、f/8等。F值是焦距与镜头口径的比值。较小的F值表示较大的光圈开口，能够传递更多的光线，而较大的F值表示较小的光圈开口，传递的光线相对较少。在相机中，到达成像面的照度与相对孔径的平方成正比，F值是成倍数调整的，相邻的两档的数值一般相差1.4倍，常见的光圈F值有1、1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22、32、44、64。工业镜头的主要参数光圈：用于控制镜头进光量的大小。它是一个可调节的孔径，决定了通过镜头进入相机的光线的数量。光圈的大小直接影响到摄影中的曝光和景深。3.2镜头➽镜头主要参数光学放大倍率是指在光学系统中，通过镜头对被观察物体进行放大的程度。它表示被观察物体在成像中的尺寸相对于原始物体尺寸的比例关系。放大倍率指成像大小和物体大小的比，也为CCD尺寸与视场大小之比。光学倍率（M）=CCD相机元素尺寸/视场实际尺寸=有效感应尺寸（VorH)/（视野（VorH））工业镜头的主要参数光学放大倍率CCD/FOV：即芯片尺寸除以视野范围。是指在光学系统中，通过镜头对被观察物体进行放大的程度。光学倍率=CCD相机元素尺寸/视场实际尺寸工业镜头的主要参数畸变：镜头在设计和加工上存在的误差会导致物体成像时产生形变，经过光学系统成像产生的误差称为畸变。畸变只影响成像的几何形状，而不影响成像的清晰度。(a)正常图像(b)枕形畸变(c)桶形畸变(a)枕形畸变实物效果(b)桶形畸变实物效果工业镜头的主要参数工业镜头的主要技术参数包括：焦距、工作距离、分辨率、靶面尺寸、视场角、光圈值、景深、接口、畸变等。3.2镜头➽镜头的分类1.常规镜头。定焦距工业镜头又可分为鱼眼镜头、短焦镜头、标准镜头、长焦镜头等四大类。2.特殊用途的镜头除了常见的定焦距镜头和变焦距镜头外，还有一些特殊用途的镜头可用于满足特定的摄影和拍摄需求。（1）显微镜头。（2）微距镜头。（3）远心镜头。可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会随物距的变化而变化（4）液态镜头。液体的厚度和形状的变化会导致镜头的焦距或聚焦能力的调整。（5）紫外镜头和红外镜头。3.2镜头➽镜头的分类变焦镜头微距镜头广角镜头长焦距镜头液体镜头远心镜头镜头按照用途分类自动对焦紫外镜头3.2镜头➽镜头的选型DC-PLE103521对焦环和光圈相对位置分辨率：10MP焦距：35mm镜头接口德创3.2镜头➽镜头的选型123工业镜头的类型镜头兼容最大靶面尺寸接口类型光圈、价格等求出定焦镜头的焦距，或求出定倍镜头的倍率镜头分辨率要大于等于相机分辨率3.2镜头产品情况：长边为75mm的连接器，来料方向基本不变；两PIN针之间距离允许上下变化的公差±0.5mm。公差：区域大小：PIN针所在区域为67mm*8mm；➽镜头的选型3.2镜头➽镜头的选型视野（FOV）：72*54mm；至少为1624*1240，200万像素工业相机；分辨率：像素精度：0.05mm/pixel；靶面尺寸：1/1.7”（7.3mmx5.5mm）。3.2镜头

计算过程：3.2镜头③远心镜头：根据放大倍率=1.8、相机芯片尺寸1”；可以选取放大倍率为0.184的DTCM110-90-AL，兼容最大靶面尺寸1”。④工作距离：根据选取的镜头，同客户确定可以安装的工作距离WD=208±3mm。计算过程：3.2镜头➽镜头的选型视野（FOV）：160*120mm；至少为3860*2748，1000万像素工业相机；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镜头

计算过程：3.2镜头③定焦镜头：根据计算焦距=16mm、相机芯片尺寸1/2.3”；可以选取焦距为16mm，兼容最大靶面尺寸2/3”的定焦镜头。计算过程：第三章机器视觉硬件系统光源033.3光源➽光源的分类1.根据颜色分类常用光源颜色集中在可见光范围，主要有白光（复合光）、红色、蓝色、绿色，另外红外光也比较普及，而紫外光由于各种原因，应用较少。2.根据发光的原理分类根据发光的原理，机器视觉常用的光源主要有：荧光灯、卤素灯、LED、氙灯等。3.根据外形分类各厂家会根据不同光源外形特性进行分类，也是目前的主流分类，比如环形光源、环形低角度光源、条形光源、圆顶光源（碗光源/穹顶光源）、面光源等。工业光源的分类1.根据颜色分类常用光源颜色集中在可见光范围，主要有白光（复合光）、红色、蓝色、绿色，另外红外光也比较普及，而紫外光由于各种原因，应用较少。工业光源的分类(a)荧光灯(c)LED光源(b)卤素灯2.根据发光的原理分类根据发光的原理，机器视觉常用的光源主要有：荧光灯、卤素灯、LED、氙灯等。(c)氙灯工业光源的分类3.3光源➽光源的分类环形光源条形光源圆顶光源面光源工业光源的常见照明方式点光源、球积分光源及线扫光源

图a点光源

图b球积分光源图c线扫光源3.3光源条形光源3.3光源弧顶光源3.3光源面光源3.3光源环光源3.3光源环光源0°环光30°环光60°环光工业光源的常见照明方式光学玻璃半透镜铝制机体同轴光源工业光源的常见照明方式同轴光源3.3光源➽常见的光源照明方式高角度光

低角度光

无影光高角度照射图像整体更亮，适用于表面不反光的物体；高角度照射，光线经被测物表面平整部分反射后进入镜头，图像效果表现为灰度值较高；不平整部分反射光进入不了镜头，图像效果表现为灰度值较低。图像背景为黑色，特征为白色，可以突出被测物体的轮廓变化和表面凹凸变化低角度照射，被测物表面平整部分的反射光无法进入镜头，图像效果表现为灰度值较低；不平整部分反射光进入镜头，图像效果表现为灰度值较高。低角度照射无影光兼具了高角度光和低角度光的效果，使被测物得到了多角度的照射，表面纹理，褶皱被弱化，图像上整体均匀。无影光背光高角度光低角度光正光其他角度打光方式视野视野的2倍反射光进入相机明视场大部分区域光线反射进入像机，仅少部分区域没有光线进入，这种照明方法又叫做明场照明。打光方式打光方式暗视场通常把这种大部分区域没有光线反射进入相机，仅少数目标区域有光线进入相机照明方法又叫做暗场照明。视野光源反射光不进入相机高角度和低角度打光下硬币的图像比较明场照明指光线反射后进入照相机，而暗场照明为光线反射后未进入照相机。在缺陷检测中，明域照明主要用于散射和吸收光线缺陷类型的检测,在大多数明域照明图像中，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类型检测。在大多数暗域照明采集的图像中，背景暗，仅仅缺陷可见。暗域照明常被用于检测表面污垢和表面突起的特征3.3光源工业光源的常见照明方式高角度环形光源打光案例一一电子零件检测(a)高角度环光源打光示意图(b)光源安装示意图(c)打光前后效果图工业光源的常见照明方式低角度环形光源打光案例——塑料亮外观检测漫反射镜面反射低角度环形照明案例——塑料壳外观检测

低角度环形光源打光示意图工业光源的常见照明方式无影光打光案例——电容字符检测3.3光源➽常见的光源照明方式多角度光背光工业光源的常见照明方式相机红色LED绿色LED蓝色LED点位A点位B点位C

AOI光源中焊锡缺陷效果图

AOI光源打光示意图多角度光源（AOI光源）打光案例——焊锡缺陷检测工业光源的常见照明方式背光源打光案例——饮料瓶液位、字符检测。

饮料瓶成像效果图

光源安装示意图

背光源3.3光源➽常见的光源照明方式同轴光同轴照明通常由光源和一个特殊的反射镜或反射器组成。光源发出的光线被反射器反射，并沿着光轴方向进入被观察对象，然后反射回相机镜头中。通过调整反射器的位置和角度，可以控制光线的入射角度和照明范围，以适应不同的检测需求。同轴照明适用于对高反射性物体或具有强烈反光的表面进行检测，例如金属零件、玻璃、镜面等。工业光源的常见照明方式同轴光源打光案例——金属端口检测，该案例中，采用同轴光源打光，使得字符更加突出。漫反射镜面反射3.3光源➽光源选型DCCK-PIN-90-60W光源类型：RIN-环形光源BAR-条形光源BAC-面光源COA-同轴光源HEM-弧顶光源外径尺寸（mm）光线与水平面夹角环形光源德创光源颜色：W-白色R-红色G-绿色B-蓝色3.3光源光源选型一般步骤12根据产品颜色，确定光源颜色和背景颜色根据产品材质，确定直射光/漫射光，穿透性是强是弱3根据产品尺寸、3D特征，确定光源的尺寸，入射角度和高度等4选择光源并验证，确定最终光源以及安装方式3.3光源产品情况：长边为75mm的连接器，来料方向基本不变，需要测量PIN之间距离；两PIN针之间距离允许上下变化的公差±0.5mm。公差：区域大小：PIN针所在区域为67mm*8mm；3.3光源相机相关参数：镜头相关参数：视野FOV=72*54mm；像素精度0.05mm/pixel；分辨率至少为1624*1240，200万像素工业相机；靶面尺寸1/1.7”（7.3mmx5.5mm）；远心镜头；放大倍率β≈0.18；放大倍率为0.184的远心镜头DTCM110-90-AL，兼容最大靶面尺寸1”；工作距离WD=208±3mm。3.3光源①光源颜色：待测物体为银色PIN针之间距离，PIN针在产品内侧，需要更亮的光源来打亮PIN针，选择白色光源。②光源类型：PIN针为金属材质，且分布较为均匀，需要均匀漫射光源将每根PIN针都照亮，这里可以选择同轴光源。③光源安装方式：PIN针位于产品内部，且深度较深，需要将PIN打的更亮。选择亮度高且均匀漫射的同轴光源位于高角度垂直照射于产品表面。计算过程：3.3光源④光源选择及验证：光源架设位置如右图所示。最终拍摄的PIN图像效果如下图所示。228±4mmPIN针上表面下表面3.3光源➽光源选型光源颜色待测内容为银色PIN针之间距离，PIN针在产品内侧，我们需要更亮的光源来打亮PIN针；并且产品背景虽然为蓝色，但对测量PIN针间距的影响不大，这里选择白色光源。2.光源类型PIN针为金属材质，且分布较为均匀，需要均匀漫射光源将每根PIN针都照亮，这里可以选择同轴光源。3.光源安装方式PIN针位于产品内部，且深度较深，需要将PIN的更亮选择亮度高且均匀漫射的同轴光源位于高角度垂直照射于产品表面。最终选择型号为DCCK-COA-80X的光源，主要性能参数见表。参数性能电压24V

适用电源频闪控制器(4STU)模拟控制器(2APC)数字控制器(3DPC)发光区80*80mm3.3光源产品情况：检测汽车电容器方框内的零件是否有漏装，错装，装反；所需检测产品字符细节尺寸为0.5mm。细节尺寸：区域大小：检测区域为110mm×27mm；字符：15字符：10字符：30字符：20字符：7.53.3光源相机相关参数：镜头相关参数：字符：15字符：10字符：30字符：20字符：7.5视野FOV=160*120mm；像素精度0.05mm/pixel；分辨率至少为3860*2748，1000万像素工业相机；靶面尺寸1/2.3”（6.4mm*4.6mm）。定焦镜头；焦距f=16mm；最终选择焦距为16mm，兼容最大靶面尺寸2/3”的定焦镜头。3.3光源计算过程：①光源颜色：待测物体为多种颜色塑料模块，选择白色光源配合彩色相机。②光源类型：产品待检测范围呈长条状，视野长边160mm，这里可以选择192*38mm的条形光源。③光源安装方式：条光体积较小、安装角度灵活，不易遮挡产品视野选择安装角度条形光源位于产品表面斜上方200±30mm处，离正上方偏移70mm不遮挡视野为佳。3.3光源④光源选择及验证：光源架设位置如右图所示。最终拍摄的汽车电容待检测区域图像效果如下图所示。200±30mm产品下表面100mm倾斜45°±5°400±20mm上表面70±30mm计算过程：3.3光源➽常见的辅助光学器件有：反射镜：反射镜可以简单方便的改变优化光源的光路和角度。分光镜：分光镜通过特殊的镀膜技术，不同的镀膜参数可以实现反射光和折射光比例的任意调节。机器视觉光源中的同轴光就是分光镜的具体应用。棱镜：不同频率的光在介质中的折射率是不同的，根据光学的这一基本原理可以把不同颜