RFID封装装备视觉技术简介

RFID封装装备视觉技术简介2020/11/5内容简介1.机器视觉系统简介2.视觉系统的硬件选型3.视觉系统的光路设计4.RFID设备中视觉与图像处理技术5.Mil视觉软件简介2020/11/52机器视觉系统含义机器视觉是一门技术，该技术被广泛应用在生产制造等行业。机器视觉系统是基于机器视觉技术为自动化生产线建立的一套视觉检测系统。2020/11/53机器视觉的优点非接触测量具有较宽的光谱响应范围长时间稳定可靠的进行重复性工作可以在恶劣环境下工作2020/11/54机器视觉系统的作用2020/11/55提高产量缩短产品进入市场时间集成化生产精确测量改进生产流程机器视觉系统100%检测100%质量保证及时过程监控基于PC的视觉系统基本组成①相机与镜头：成像器件②光源：辅助成像器件，提高质量③传感器：判断被测对象的位置和状态，告知图像传感器进行正确的采集。④图像采集卡：相机输出的图像输送给电脑主机⑤PC平台：完成图像数据的处理和绝大部分的控制逻辑⑥视觉处理软件：完成输入的图像数据的处理，然后通过一定的运算得出结果⑦控制单元：视觉软件完成图像分析，然后和外部单元进行通信以完成对生产过程的控制基于微机的视觉机器视觉系统机器视觉系统应用测量（长度测量）2020/11/57机器视觉系统应用测量（角度测量）2020/11/58机器视觉系统应用测量（圆弧及半径测量）2020/11/59机器视觉系统应用测量（3D测量，高度或深度信息）2020/11/510机器视觉系统应用检测（有无检测）2020/11/511机器视觉系统应用检测（个数统计）2020/11/512机器视觉系统应用检测（瑕疵检测）2020/11/513机器视觉系统应用定位2020/11/514机器视觉系统应用识别（一维码、二维码识别）2020/11/515机器视觉系统应用识别（OCR/OCV）2020/11/516机器视觉系统应用识别（颜色识别）2020/11/517内容简介1.RFID设备中视觉系统简介2.视觉系统的硬件选型3.视觉系统的光路设计4.RFID设备中视觉与图像处理技术5.Mil视觉软件简介2020/11/518工业相机工业相机特点相比与民用的相机/摄像机它有高的图像稳定性、图像质量、传输能力和抗干扰能力等，因而价格也相比民用相机贵。随着固体成像器件的发展，市面上大多是基于以下两种芯片的相机CCD（ChargeCoupledDevice）CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor）2020/11/519工业相机工业相机分类：CCD相机、CMOS相机；线阵相机、面阵相机；隔行扫描相机、逐行扫描相机；普通分辨率相机、高分辨率相机；模拟相机、数字相机；单色（黑白）相机、彩色相机；普通速度相机、高速相机；可见光（普通）相机、红外相机、紫外相机2020/11/520传感器CCD(ChargeCoupledDevice)2020/11/521CCD是目前机器视觉最为常用的图像传感器。它集光电转换及电荷存贮、电荷转移、信号读取于一体，是典型的固体成像器件。CCD的突出特点是以电荷作为信号，通过光电转换形成电荷包，而后在驱动脉冲的作用下转移、放大输出图像信号常用CCD有三种结构：全帧转移帧转移行转移传感器传感器光电转换原理类似往桶内注水，半导体物理中用“势阱”的概念描述用来收集光激发电荷的积分区域，其中单个像素所能存储的最大光电荷量称为“满阱容量”。传感器的光敏单元收集光子与产生的电子数目有良好的线性关系2020/11/522CCD光电转化示意图CCD与COMS光电转换原理传感器BloomingBlooming是指在被拍摄的场景中有非常亮的部分，在广电转换过程中，传改期上对应非常亮的部分的像素电荷查处了满阱能力，溢出到周围相邻像素，形成白斑Smear（漏光）Smear现象是指当拍摄对象中有高亮的光线是，高亮部分上下方出现的垂直白线或白带2020/11/523CCD—全帧转移优点：填充因子(fillfactor)可以达到非常高，甚至达到100%。这样Sensor灵敏度非常大。缺点：由于传输和读出使用的时钟相同，因此Sensor上面的部分曝光时间比下面的长，这会造成漏光现象。为了解决这个问题，必须使用机械快门或闪光灯。2020/11/524CCD—帧转移优点：在曝光时间较长的情况下，Smear现象比全帧转移小很多缺点：由于需要两个Sensor，因此成本非常高2020/11/525CCD—全帧转移2020/11/526转移时间约为1us，因此完全不存在漏光现象。优点：由于转移时间非常短，因此不需要使用机械快门或闪光灯缺点：由于屏蔽区占用了Sensor的部分面积，因此使得此种传感器填充因子只能在20%~70%添加微镜头可以增加填充因子COMS2020/11/527COMS传感器与CCD传感器在感光部分原理相同，但是COMS除感光部分外，其还集成了寻址电路、放大器和A/DCCDVSCOMSCCDCOMS优1.图像质量高2.灵敏度高3.对比度高1.体积小2.片上数字化3.很多片上处理功能4.低功耗5.没有Blooming现象6.直接访问单个像素7.高动态范围（120dB）8.帧率可以更高劣1.Blooming2.不能直接访问每个像素3.没有片上处理功能1.一致性较差2.光灵敏度差3.噪声大2020/11/528扫描方式2020/11/529隔行扫描隔行扫描时将一幅图像分成两场，奇数行一场，偶数行一场，二厂按规定先后循序输出。大多数显示器和相机都是以隔行方式扫描扫描方式2020/11/530逐行扫描隔行扫描时将一幅图像的所有行，从第一行到最后一行按顺序逐行输出机器视觉中使用的相机多采用逐行扫描曝光（快门）快门就是控制曝光时间的，快门分两种：机械快门：通过实际的物体遮挡光线进行曝光控制；电子快门：只存储一定曝光时间的信号电荷。电子快门有两种工作模式帧曝光逐行曝光2020/11/531帧曝光帧曝光是传感器阵列中所有像素同时曝光2020/11/532原图像帧曝光图像逐行曝光逐行曝光中同一行中的像素同时曝光，不同行的像素曝光起始时间不同2020/11/533原图像逐行曝光图像彩色摄像机－单片彩色相机2020/11/534单片彩色相机原理图彩色摄像机－3Lines相机2020/11/535彩色摄像机－3CCD相机2020/11/536传感器尺寸和分辨率对角线有效面积1´´2/3´´1/1.8´´1/2´´1/2.7´´1/3´´1/4´´mm12.8x9.68.8x6.67.18x5.36.4x4.85.27x3.964.8x3.63.6x2.72020/11/537分辨率659x494782x5821034x7791392x10401628x1236VGASVGAXGASXGAUXGA视觉系统分辨率视觉系统分辨率与传感器分辨率、镜头、传感器尺寸及模拟电路有关，以每毫米多少线对表示（lp/mm）理论空间最大分辨率1/（2ρ）lp/mmρ为传感器像素尺寸像素尺寸是指每个像素的面积2020/11/538感光度与光谱曲线感光度定义摄像机在固定曝光量下的灵敏性特性，其与照射的光波波长有关2020/11/539光谱曲线其他参数2020/11/540像素时钟像素时钟是CCD中像素输出的节拍最大行频线阵相机每秒输出的最大行数最大帧频面阵相机每秒能够输出的最大帧数像素深度每个像素表示的比特位数据输出方式2020/11/541USB2.01394CameraLinkGigE数据输出方式USB2.01394CameraLinkGigE拓扑BusBusLinkLink带宽480Mb/s400Mb/sBase：2380Mb/sMed：4760Mb/sFull：7140Mb/s1000Mb/s计算接接口主板主板或1394卡帧采集卡网卡传输距离加交换机或中继器使用光纤5m30m—4.5m72m—10m——100mNolimitNolimit网络控制NoYesNoYes数据传输类型异步/同步异步/同步专用专用Windows驱动通用通用专用通用或专用2020/11/542工业相机的选型2020/11/543选型原则：根据检测项目的需求和待检测目标的特点确定选用面阵摄像机还是线阵摄像机，模拟相机还是数字相机；确定选用彩色摄像机还是单色摄像机。在一些颜色分类的场合，选用单色摄像机配合不同光谱的光源或滤色片，也会使处理简化；定义待检目标的最小特征和检测场所，由此确定摄像机的分辨率；根据目标运动速度和通过率，确定相机的帧率；根据处理需求，选择摄像机的智能特性；工业镜头2020/11/544分类定倍镜头、定焦镜头、变焦镜头、远心镜头、高精度或百万像素镜头远心镜头定焦镜头变焦镜头光学基础2020/11/545理想光学系统的成像基本概念：光轴、理想光学系统、焦点、焦平面、主点、主平面、焦距、像距、物距光学基础2020/11/546物像公式（高斯公式）'111'llf'1'ffll像方和物方介质相同时，'ff将以上公式简化，并用绝对值代替：放大倍率'''.yflyfl''ylyl光学基础2020/11/547物距'1ylfy光学基础2020/11/548视场角'22'yarctgf光学系统的视场有以下几种：光学镜头的主要参数2020/11/549'/Df焦距：主点到焦点的距离（注意正负）相对孔径：入瞳直径与焦距的比值光圈数F：相对孔径的倒数工作波长：镜头正工作的波长视场：所能看到的视野范围MH)orSize(VCCDFOV光学镜头的主要参数像面尺寸镜头的视场角决定了被拍摄物体的范围，二者之间关系：2020/11/550'''.tanyfWW’为镜头视场角y’是像面趋于的半径光学镜头的主要参数孔径光阑：限制成像光束，只要能通过该光孔，这能通过整个光学系统，该光孔就称为孔径光阑；入射光瞳：孔径光阑被前面的镜组在物空间所成的像；决定了物点成像光束的最大孔径，是物面上各点成像光束的公共入口出射光瞳：后面的镜组在像空间所成的像；出射的公共接口，入射光瞳经整个系统后的成像。2020/11/551光学镜头的主要参数2020/11/5522d分辨率条纹分辨率分辨率为1/2d，d为线宽，单位为lp/mm（线对/毫米）镜头理想成像能分辨条纹的间距为：1.221.22/'FDf理想镜头分辨率：111.22LNF镜头选型时，镜头分辨率要略高于像元分辨率光学镜头的主要参数景深：把物镜调焦到某一摄影对象时，在该对象的前后能在相面上呈清晰像的范围工作距离：被摄物体到镜头前端的距离畸变：图像在光学系统中产生变形2020/11/553光学镜头的主要参数相机的接口：主流的相机接口为C型或CS型。C型与CS接口镜头唯一的区别就是他们背焦距。对C接口背距是17.5mm，对CS接口背距为12.5mm。2020/11/554光学系统的一些计算公式物距：相距：焦距：物高像高2020/11/555'/(11/)lf''/(1)lf'/(11/)fl'/'(')/'yyylff'('')/'yyylff光学镜头的主要参数2020/11/556几点小节：小的光圈、短的焦距、以及大的工作距离将会导致大的景深，因而可以将光圈调到最大时调焦，这样容易找到最佳对焦位置。镜头的规格必须等于或大于CCD芯片的规格。尽量用小像差的测量镜头，不用小焦距的镜头（焦距小于8mm）用于测量，由于它会产生不可接受的失真，会增大软件补偿的困难。工业镜头选型2020/11/557需要考虑的因素：目标尺寸和测量精度、传感器尺寸和像素精度、放大倍率、工作距离、系统尺寸、景深、畸变、摄像机接口、环境要求，如温度、震动、防尘等。选型原则：根据目标尺寸和测量精度，可以确定传感器的尺寸和像素尺寸，放大倍率以及镜头的传递函数，这可能会有好几个选择，因此需要选择一个最为合适的组合；根