传感与视觉检测技术 课件 6-1 扫一扫看教学课件：机器视觉硬件的认识

工业和信息化部“十四五”规划教材

高等职业院校“互联网+”系列精品教材贺道坤张伟建主编宣言欧娟娟张董副主编传感与视觉检测技术（ISBN）电子工业出版社6.1光源系统的认知与选择第6章机器视觉硬件的认识PART01光源的基本参数PART02光源照射方式PART03光源类型及选择目录CONTENTS光源系统：将被测物体与背景尽量明显分别，获得高品质、高对比度的图像错误图像理想图像手表玻璃表面划痕检测PART01光源的基本参数01光源的基本参数辐射效率和发光效率光谱功率分布光源的颜色空间光强分布光源的色温光源的寿命PART02光源的照射方式02光源的照射方式直射光特点：来自一个方向；射角窄；会有物体阴影特点：光线柔和、射角宽无光点、光斑均匀漫射光02光源的照射方式特点：利用偏光板，使光只沿一个固定方向振动偏光光02光源的照射方式明视野：采用正面直射光照射形成暗视野：由低角度或背光照明形成暗视野明视野PART03光源的类型及选择03光源类型及选择光纤卤素灯LED（发光二极管）光源高频荧光灯理想的光源应该是明亮，均匀，稳定的03光源类型及选择理想的光源应该是明亮，均匀，稳定的03光源类型及选择主要颜色红色蓝色绿色白色其他颜色橙色红外紫外3.1按颜色分03光源类型及选择3.2按外形分03光源类型及选择3.2按原理分主要用于小尺寸被测对象的轮廓检测、透明体的污点缺陷检测、文字检查、小型元器件尺寸和外形检测等。背光源03光源类型及选择3.2按原理分环形光源03光源类型及选择3.2按原理分点光源03光源类型及选择3.2按原理分同轴光源03光源类型及选择3.2按原理分1.可适合检测表面划伤，物体表面文字检测。

2.一维码、二维码识别。分光片漫射板LED同轴光源03光源类型及选择光源系统选择步骤确认检验特征是检测瑕疵还是形状，或者是检查表面是否平整、翘曲或不平，根据不同的检测应用来选择合适的光源类型。1.

确定光源类型检查目标的尺寸与安装条件，以便确定光源装置的形状与大小。2.

确定光源装置的形状与大小检查目标与背景的材质和颜色来确定光源的颜色(波长)。3.

确定光源的颜色（波长）问题1：明视野与暗视野的区别是什么？问题2：为什么工业机器视觉中多采用LED光源？本讲小结6.2工业镜头的认知与选择PART01凸透镜成像原理PART02工业镜头的基本参数PART03工业镜头的分类与选择目录CONTENTSPART01凸透镜成像原理01凸透镜成像原理凸透镜凹透镜01凸透镜成像原理焦距f主轴光心焦点焦点物体实像物距u像距v焦距f

01凸透镜成像原理＞1倍焦距，实像＜1倍焦距，虚像＞2倍焦距，缩小＜2倍焦距，放大01凸透镜成像原理PART02工业镜头的基本参数02工业镜头的基本参数1.光学尺寸镜头尺寸≥CCD芯片尺寸2/3英寸——靶面尺寸为宽8.8mm*高6.6mm，对角线11mm1/2英寸——靶面尺寸为宽6.4mm*高4.8mm，对角线8mm1/3英寸——靶面尺寸为宽4.8mm*高3.6mm，对角线6mm芯片镜头02工业镜头的基本参数02工业镜头的基本参数2.视场和视场角视场：也叫视野范围，指可以观测到的物体的可视范围。

3.焦距焦距是焦点与面镜顶点之间的距离。02工业镜头的基本参数3.焦距焦距是焦点与面镜顶点之间的距离。小焦距的广角镜头小焦距的广角镜头焦距较大的长焦镜头02工业镜头的基本参数4.景深在景物空间中，位于调焦平面前后一定距离内还能够清晰成像的纵深距离，也就是在实际像平面上获得相对清晰影像的景物空间深度范围。光圈越大，景深越浅；光圈越小，景深越深。镜头焦距越长，景深越浅；焦距越短，景深越深。物体与背景之间的距离越远，景深越深；距离越近，景深越浅物体与镜头之间的距离越远，景深越浅；距离越近(不能小于最小拍摄距离)，景深越深。在景深范围之内的景物，都能清楚地拍摄到。02工业镜头的基本参数5.分辨率指镜头可清晰分辨被拍摄物体细节的能力，在像平面1mm内可以分辨开的黑白相间的线条对数，分辨率的单位是“线对/毫米”（lp/mm）02工业镜头的基本参数6.光圈光圈大小一般用F/表示，以镜头焦距f和通光孔径直径D的比值来衡量02工业镜头的基本参数PART03工业镜头分类与选择03工业镜头分类与选择1.按焦距分定焦镜头：焦距一定变焦镜头：焦距在一定范围内可调结构简单、对焦速度快、成像质量稳定、画面细腻、测光准确、价格便宜等优点适应性强，但是成像质量较差2.按接口分C接口、CS接口、F接口当焦距＞25mm或者相机靶面大于1in时需采用F接口镜头C接口镜头可以与C接口摄像机、CS接口摄像机互用，在与CS型相机之间增加一个5mm的C/CS转接环可以配合使用。CS接口镜头不可以应用在C接口摄像机，只可以应用在CS接口摄像机03工业镜头分类与选择3.按光圈分浮动光圈恒定光圈：适用于所有焦距的最大光圈。03工业镜头分类与选择3.按特殊功能分移轴镜头微距镜头03工业镜头分类与选择鱼眼镜头3.按特殊功能分03工业镜头分类与选择镜头选择基本要求01视野范围、光学放大倍数及期望的工作距离景深要求芯片大小和相机接口注意与光源的配合，选配合适的镜头。02030403工业镜头分类与选择问题1：工业镜头多采用凸透镜，你知道凸透镜的成像原理吗？问题2：你知道工业镜头有哪些参数？问题3：C接口与CS接口有什么区别？本讲小结6.3工业相机的认知与选择PART01相机成像原理PART02CCD与CMOS成像过程PART03工业相机基本参数PART04工业相机的选择目录CONTENTSPART01相机成像原理01相机成像原理相机成像原理：小孔成像、光是沿直线传播PART02CCD与CMOS成像过程02CCD与CMOS成像过程1.CCD（电荷耦合组件）它在工作时，上百万个像素感光后会生成上百万个电荷，所有的电荷全部经过一个“放大器”进行电压转变，形成电子信号。CCD传感器电荷实物光子放大电压A/D数字信号图像DSP02CCD与CMOS成像过程面阵CCD传感器优点：图像失真最小缺点：产生拖影（增加屏蔽存储传感器）隔列转移CCD传感器优点：消除拖影缺点：图像失真1.CCD（电荷耦合组件）02CCD与CMOS成像过程2.CMOS（附加金属氧化物半导体组件）A/D数字信号CMOS芯片电荷电压每个像素点都有一个单独的放大器转换输出，能够在短时间内处理大量数据实物光子图像DSPPART03工业相机的基本参数03工业相机基本参数1.传感器尺寸6.光谱响应特性2.帧速5.曝光方式和快门速度3.分辨率4.像素深度03工业相机基本参数1.传感器尺寸镜头尺寸≥芯片尺寸03工业相机基本参数帧速是指视频画面每秒钟传播的帧数，用于衡量视频信号的传输速度，单位为fps。如30fps,表示相机再1秒钟内最多能采集30帧图像

2.帧速03工业相机基本参数相机分辨率是指每次采集图像的像素点数，是由相机所采用的芯片分辨率决定。在对同样大的视场（景物范围）成像时，分辨率越高，对细节的展示越明显3.分辨率03工业相机基本参数像素深度是指存储每个像素所用的位数，它也可用来度量图像的分辨率。黑白相机这个值的方位通常是8-16bit增加像素深度的确可以增强测量的精度，但是也同时降低了系统的速度，并且提高了系统集成的难度（线缆增加，尺寸变大）4.像素深度03工业相机基本参数快门速度就是用来控制曝光时间的装置，一般而言，快门速度跨越的时间范围越大越好工业线阵相机都采用逐行曝光的方式面阵相机有帧曝光、场曝光和滚动行曝光等5.曝光方式和快门速度03工业相机基本参数指像元传感器对不同光波的敏感性，一般响应范围是350~1000nm。光谱响应幅度6.光谱响应特性PART04工业相机的选择04工业相机的选择工业相机的选择原则Source011.选CCD还是CMOS用在视觉自动检查的方案或行业中一般用CCD工业相机比较