机器视觉培训教程第二讲

中国机器视觉行业门户网站机器视觉培训系列教程基础入门培训2005年9月22日～25日北京北京美视博文网络信息技术有限公司梁学军机器视觉中的图像采集技术（硬件基础知识）机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第二讲北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程基础入门培训WhoAmI?北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识机器视觉培训系列教程第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识基本概念分类成像原理及参数间关系第一节工业镜头版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第一节工业镜头内容提要第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、镜头基本概念(1)成象面工作距离（WD）景深（DOV）视野（FOV）后焦面距离版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第一节工业镜头第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、镜头基本概念（2）版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第一节工业镜头视野(FOV)图像采集设备所能够覆盖的范围，它可以是在监视器上可以见到的范围，也可以使设备所输出的数字图像所能覆盖的最大范围。最大/最小工作距离（WorkDistance）从物镜到被检测物体的距离的范围，小于最小工作距离大于最大工作距离系统均不能正确成像。景深（DepthOfField）在某个调焦位置上，景深内的物体都可以清晰成像。第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、镜头基本概念（3）畸变几何畸变指的是由于镜头方面的原因导致的图像范围内不同位置上的放大率存在的差异。几何畸变主要包括径向畸变和切向畸变。如枕形或桶形失真。版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第一节工业镜头第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、镜头基本概念（4）镜头接口C-MOUNT镜头的标准接口之一，镜头的接口螺纹参数：公称直径：1“螺距：32牙CS－Mount是C－Mount的一个变种，区别仅仅在于镜头定位面到图像传感器光敏面的距离的不同，C－Mount是17。5mm，CS－Mount是12。5mm。C/CS能够匹配的最大的图像传感器的尺寸不超过1“。版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第一节工业镜头第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、镜头基本概念（5）成像面可以在镜头的像面上清晰成像的物方平面光圈与F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。8etc。焦距焦距是像方主面到像方焦点的距离。如16mm，25mm版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第一节工业镜头第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、镜头基本概念（6）分辨率测量系统能够重现的最小的细节的尺寸常常用每毫米线对来表示，也就是根据这个镜头能够分辨一毫米内多少对直线。选择镜头的时候必须注意厂商给出的分辨率的定义方式。lp/mm(linepairpermm)lp/mm是表征分辨率的最简单的指标，但不是最佳指标，最佳的指标是镜头的调制传递函数MTF。版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第一节工业镜头第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、镜头基本概念（7）镜头的调制传递函数MTF版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第一节工业镜头第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、镜头基本概念（8）镜头的调制传递函数MTF版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第一节工业镜头第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、镜头基本概念（9）镜头的调制传递函数MTFMTF能够同时表征系统重现物方空间的几何和灰度细节能力，是衡量成像系统性能的最佳方式。对于一个实际的成像系统，细节密集地方的对比度要小于细节稀疏位置的对比度成像系统中的每个环节都对系统最终的MTF产生影像，包括滤色片，镜头，图像传感器，后期处理电路等等。版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第一节工业镜头第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、镜头基本概念（10）系统的调制传递函数MTF版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第一节工业镜头第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识二、镜头的分类（1）按照等效焦距分为广角镜头等效焦距小于标准镜头（等效焦距为50mm）的镜头。特点是最小工作距离短，景深大，视角大。常常表现为桶形畸变。中焦距镜头焦距介于广角镜头和长焦镜头之间的镜头。通常情况下畸变校正较好。长焦距镜头等效焦距超过200mm的镜头。工作距离长，放大比大，畸变常常表现为枕形状畸变。等效焦距计算方法：实际焦距×43mm镜头成像圆的直径版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第一节工业镜头第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识二、镜头的分类（2）按照功能分变焦距镜头镜头的焦距可以调节，镜头的视角，视野可变定焦距镜头镜头的焦距不能调节，镜头视角固定。聚焦位置和光圈可以调节定光圈镜头光圈不能调节，通常情况下聚焦也不能调节。版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第一节工业镜头第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识二、镜头的分类（3）按照用途分微距镜头（或者成为显微镜头）用于拍摄较小的目标具有很大的放大比远心镜头包括物方远心镜头和像方远心镜头以及双边远心镜头。版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第一节工业镜头第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识二、镜头的分类（4）关于远心镜头远心指的是一种光学的设计模式：系统的出瞳和入瞳的位置在无限远处。版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第一节工业镜头第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识二、镜头的分类（5）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。版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第一节工业镜头第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识二、镜头各个参数间关系（1）光圈大通光能力大，光圈小通光能力小；光圈小则景深大，光圈大则景深小；版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第一节工业镜头第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识二、镜头各个参数间关系（2）光圈大通光能力大，光圈小通光能力小光圈小则景深大，光圈大则景深小版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第一节工业镜头讨论与答疑版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第一节工业镜头第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识基本概念基本结构成像原理分类与发展趋势第二节工业相机版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第二节工业相机内容提要第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、工业相机的基本概念（1）传感器的尺寸图像传感器感光区域的面积大小。这个尺寸直接决定了整个系统的物理放大率。如：1/3“、1/2”等。绝大多数模拟相机的传感器的长宽比例是4：3(H：V)，数字相机的长宽比例则包括多种：1：1，16：9，3：2etc。版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第二节工业相机第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、工业相机的基本概念（2）物理放大率传感器感光面积于视野的比值，整个参数基本取决于镜头系统放大率最后显示环节上目标的尺寸于实际目标尺寸的比值。系统放大率取决于物理放大率和显示系统的阐述。对于自动测量和检测系统而言，物理放大率具有关键的意义。系统放大率仅仅对于需要人机交互进行检测的系统有意义像素（Pixel=picture+element）传感器感光面上最小感光单位。版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第二节工业相机第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、工业相机的基本概念（3）分辨率(Resolution)模拟制式相机的分辨率取决于传感器上像素的数目以及后期处理电路的质量，数字相机的传分辨率则直接取决与传感器上像素的数目。480768640480760574美制RS–170Norm欧制CCIR-Norm版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第二节工业相机第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、工业相机的基本概念（4）像素长宽比指传感器上像素水平和垂直方向节距的比值，对于正方形的象素来说，其比值为1：1。此参数，对于系统的标定有直接影响。快门速度（ShutterSpeed）CCD/CMOS相机多数采用电子快门，通过电信号脉冲的宽度来控制传感器的光积分（曝光）时间。对于一般性能的的相机快门速度可以达到1/10000-1/100000秒。帧频率（FrameRate）相机每秒中能够输出图像的帧数，对于模拟制式相机，这个频率是固定值，对于数字相机，是个可变的值。像素速率（PixelRate）相机每秒中能够输出像素的个数，仅仅对于数字相机有意义。版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第二节工业相机第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、工业相机的基本概念（5）卷帘快门（RollingShutter）多数CMOS图像传感器上使用的快门，其特征是逐行曝光，每一行的曝光时间不一致。全局快门（GlobalShutter）CCD传感器和极少数CMOS传感器采用的快门，传感器上所有像素同时刻曝光。版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第二节工业相机第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、工业相机的基本概念（6）相机扫描方式隔行扫描（Interlace）35246版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第二节工业相机第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、工业相机的基本概念（7）相机扫描方式逐行扫描（Progressivescan）35241版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第二节工业相机第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、工业相机的基本概念（8）异步触发通常情况下相机是一帧一帧拍摄的，所以进行高速拍摄的时候最高的同步精度不可能超过一帧图像的周期，对于某些支持异步触发的相机，可以在当前帧扫描尚未完成的情况下，将当前帧抛弃，直接开始新一帧图像的扫描，可以使得告诉拍摄的同步精度达到一行的扫描周期。最低照度又称灵敏度，衡量相机对光线敏感程度的指标。通常情况下是指相机获得30％最大输出值时候所需的照度。单位是Lux。局部扫描多数数字相机支持仅仅输出传感器上某一部分像素，这些像素位于某个矩形窗口内。通过具备扫描可以获得更高的桢频率。版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第二节工业相机第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识一、工业相机的基本概念（9）传感器的光谱下面是一个典型的CCD图像传感器对于不同光谱的响应曲线。版权@北京美视博文网络信息技术有限公司机器视觉培训系列教程（基础入门培训）第二节工业相机第二讲：机器视觉中的图像采集技术