工業(yè)機(jī)器視覺硬件認(rèn)知2D工業(yè)相機(jī)認(rèn)知?工業(yè)相機(jī)簡介?工業(yè)相機(jī)組成?工業(yè)相機(jī)分類?工業(yè)相機(jī)參數(shù)?分辨率核算?工業(yè)相機(jī)選型目錄Part01工業(yè)相機(jī)簡介工業(yè)相機(jī)作為機(jī)器視覺系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，與系統(tǒng)整體的成本、效率和精度高度相關(guān)。工業(yè)相機(jī)一般安裝在工業(yè)生產(chǎn)的流水線上，為視覺系統(tǒng)源源不斷地提供關(guān)于檢測對象的圖像信息。不同于普通相機(jī)的是，它是一種工業(yè)級的產(chǎn)品，能夠每周7天、每天24小時(shí)不斷工作，具有很高的穩(wěn)定性和可靠性。與普通相機(jī)相比，工業(yè)相機(jī)性能更加穩(wěn)定、幀率更高、光譜范圍更寬，能夠滿足復(fù)雜的生產(chǎn)現(xiàn)場檢測需求。行曝光面陣相機(jī)幀曝光面陣相機(jī)大靶面面陣相機(jī)工業(yè)相機(jī)的功能是將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)橛行虻碾娦盘?，形成圖像輸出。選擇合適的相機(jī)是機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，相機(jī)的選擇不僅直接決定了采集到的圖像的分辨率、質(zhì)量，還與整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行模式直接相關(guān)。Part02工業(yè)相機(jī)組成工業(yè)相機(jī)主要組成部分包括光學(xué)接口、數(shù)據(jù)接口、圖像傳感器、控制與信號轉(zhuǎn)換電路、防塵片等防塵片

圖像傳感器控制與信號

轉(zhuǎn)換電路光學(xué)接口

數(shù)據(jù)接口概念三光學(xué)接口光學(xué)接口用于連接鏡頭與相機(jī)，主要有S口/M12、CS口、C口、M口等，各種接口主要根據(jù)接口直徑和法蘭距 (相機(jī)芯片到法蘭面距離)進(jìn)行區(qū)分。一般而言，相機(jī)和所選鏡頭要有相同的光學(xué)接口，但也可通過轉(zhuǎn)接環(huán)進(jìn)行不同光學(xué)接口之間的轉(zhuǎn)接，或通過接圈來調(diào)節(jié)鏡頭到物體距離S-C轉(zhuǎn)接環(huán)5mm接圈CS口相機(jī)C口鏡頭C口相機(jī)S口鏡頭概念三數(shù)據(jù)接口數(shù)據(jù)接口是指相機(jī)的傳輸接口，用于將采集的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。常用的數(shù)據(jù)傳輸接口有IEEE1394、GigE(GigabitEthernet)和USB等，如圖2-4所示。IEEE1394常見的有1394a和1394b

，1394a的傳輸速率約為

400Mbits/s，1394b為800Mbits/s

，IEEE1394也稱為火線，相較其他幾種接口，IEEE1394占用系統(tǒng)資源高，成本

也較高，長距離傳輸線纜價(jià)格相對較貴，且應(yīng)用范圍窄。而GigE接口易用，可適用于多相機(jī)，傳輸距離遠(yuǎn)，線纜價(jià)格低，有標(biāo)準(zhǔn)的GigE

Vision協(xié)議，因此在工業(yè)相機(jī)中廣泛使用概念三數(shù)據(jù)接口圖像傳感器是工業(yè)相機(jī)的結(jié)構(gòu)核心，也被稱為相機(jī)芯片，分為CCD和CMOS兩種類型，如圖2-5所示。從外觀來看，CCD傳感器表面布有焊線，連接著與PCB印刷版焊接的針腳，而CMOS傳感器則將周邊電路集成到傳

感器芯片中。從微觀結(jié)構(gòu)來看，CCD像元由光電二極管與下方的CMOS電容器構(gòu)成，填充因子高，而CMOS像

元由光電二極管和多個(gè)晶體管構(gòu)成，填充因子相對較低。Part03工業(yè)相機(jī)分類概念三按像元排列方式分類按照芯片中像元的排列方式不同，相機(jī)可以分為面陣相機(jī)和線陣相機(jī)，如圖2-6所示。線陣相機(jī)的像元按照一維進(jìn)行排列，相機(jī)和物體要有相對運(yùn)動才能成像，面陣相機(jī)的像元按照二維進(jìn)行排列，物體靜止或運(yùn)動都可以成像。因此，當(dāng)待測對象位于傳送帶或滾軸上，且物體的運(yùn)動速度比較快，或者待測對象幅面很寬的情況下，優(yōu)先選用線陣相機(jī)，反之則選用面陣相機(jī)。概念三按成像顏色分類按照成像色彩分類，相機(jī)可分為黑白與彩色兩種類型，其中黑白相機(jī)的芯片上沒有濾光片。彩色相機(jī)通常又分為兩種類型，第一種的芯片上帶有三色濾光片，這種濾光片的排列25%是紅色(Red)、50%是綠色(Green)、25%是藍(lán)色(Blue)，因此也稱為原色濾光片或RGGB濾光片。濾光后成紅綠藍(lán)三種顏色，生成三色感光，然后再組合成彩色。第二種是芯片上帶有四色濾光片，它由四種基本顏色的濾光片均布組成，分別為青色 (Cyan)、品紅色(Magenta)、黃色(Yellow)和綠色(Green)，因此也稱為補(bǔ)色濾光片或CMYG，濾光后可以將其分離成某種顏色及其互補(bǔ)色。兩種濾光片的區(qū)別如圖2-7所示。概念三按成像顏色分類一般黑白相機(jī)的感光性能更強(qiáng)，分辨率更高。彩色圖像由人眼來看視覺效果或許更好，但可能不利于圖像處理。為保證彩色圖像的成像真實(shí)性，彩色相機(jī)使用時(shí)搭配白色光源。除非需要檢測彩色信息，或得到的彩色圖像有利于后期的圖像處理，否則一般選用黑白相機(jī)。例如下圖2-8中，對于PCB板檢測，如果是進(jìn)行字符識別，黑白相機(jī)就足夠滿足成像效果；如果需要檢測顏色差異的焊錫及引腳，則選用彩色相機(jī)。概念三按快門控制方式分類相機(jī)按照快門控制方式可以分為全局快門和卷簾快門兩種類型。兩種相機(jī)快門過程都包含重置、曝光、存儲操作、讀出四個(gè)過程。不同點(diǎn)是它們的快門過程時(shí)序不同，如圖2-9所示。全局快門整幅場景幾乎在在同一時(shí)間進(jìn)行重置、曝光、存儲操作，只在讀出時(shí)有較小時(shí)序上的錯位；卷簾快門是從行1直到行N逐行方式依次執(zhí)行四個(gè)過程，每行都有時(shí)序差異。因此，如果需要拍攝運(yùn)動的物體，則需要選全局快門的相機(jī)；如果需要拍攝靜止的物體，就要選卷簾快門的相機(jī)。概念三分類方式分類種類按傳感器芯片類型分CCD相機(jī)、CMOS相機(jī)按傳感器芯片結(jié)構(gòu)分線陣相機(jī)、面陣相機(jī)按掃描方式分隔行掃描、逐行掃描按分辨率分普通分辨率、高分辨率按輸出信號分模擬相機(jī)、數(shù)字相機(jī)按成像顏色分彩色相機(jī)、黑白相機(jī)按輸出數(shù)據(jù)速度分普通速度相機(jī)、高速相機(jī)按快門控制方式分卷簾快門相機(jī)、全局快門相機(jī)按快門控制方式分類相機(jī)按照快門控制方式可以分為全局快門和卷簾快門兩種類型。兩種相機(jī)快門過程都包含重置、曝光、存儲操作、讀出四個(gè)過程。不同點(diǎn)是它們的快門過程時(shí)序不同，如圖2-9所示。全局快門整幅場景幾乎在在同一時(shí)間進(jìn)行重置、曝光、存儲操作，只在讀出時(shí)有較小時(shí)序上的錯位；卷簾快門是從行1直到行N逐行方式依次執(zhí)行四個(gè)過程，每行都有時(shí)序差異。因此，如果需要拍攝運(yùn)動的物體，則需要選全局快門的相機(jī)；如果需要拍攝靜止的物體，就要選卷簾快門的相機(jī)。工業(yè)相機(jī)參數(shù)工業(yè)相機(jī)的技術(shù)參數(shù)主要包括像元尺寸、分辨率、芯片尺寸、像元深度、曝光時(shí)間、增益、幀率等Part04概念三像元尺寸像元是相機(jī)芯片上的小組成單元，是實(shí)現(xiàn)光電信號轉(zhuǎn)換的基本單元。像元尺寸是用于描述像元大小的參數(shù)。通常像元尺寸小于2.2μm的相機(jī)被稱為小像元相機(jī)，大于5.5μm的相機(jī)則稱為大像元相機(jī)。大像元相機(jī)多用在科學(xué)醫(yī)療領(lǐng)域，中等像元相機(jī)多應(yīng)于工業(yè)領(lǐng)域，而小像元相機(jī)多應(yīng)用于消費(fèi)市場領(lǐng)域。像元的大小對圖像傳感器的感光性能有重要的影響，像元尺寸越大，接收光線越多，感光性能越強(qiáng)。如果其他條件限制嚴(yán)格，而整體成像亮度不足時(shí)，可以選擇大像元尺寸的相機(jī)以彌補(bǔ)圖像的亮度不足。概念三分辨率分辨率是相機(jī)每次采集圖像的像素點(diǎn)數(shù)，反映到相機(jī)芯片上指的是芯片上的像元數(shù)量，如圖2-10所示。例如：一個(gè)相機(jī)的分辨率是2448(H)×2048(V)，表示此款相機(jī)芯片上每行的像元數(shù)量是2448，像元的行數(shù)是2048，此相機(jī)的分辨率是500萬像素。通常分辨率越高的相機(jī)，價(jià)格越貴。芯片尺寸相機(jī)的芯片尺寸可用于表示傳感器的大小。相機(jī)的分辨率反映了相機(jī)芯片上像元的數(shù)量，在像元尺寸已知的情況下，可以按照公式計(jì)算傳感器的尺寸：傳感器尺寸=像元尺寸×分辨率上式所計(jì)算的傳感器尺寸，也稱相機(jī)芯片尺寸，通常按照對角線長度來標(biāo)定，單位為英寸(〞)，如圖2-11所示。同理，也可以根據(jù)垂直分辨率V和水平分辨率H來計(jì)算芯片垂直與水平方向的尺寸。概念三2.73.64.3

6.69.61/4”(4.5)3.81/3

”(6)

4.81/2.5”(6.4)5.72/3”(11)8.81”(16mm)12.8常見芯片尺寸規(guī)格(單位：mm)芯片示意圖水平H垂直V概念三像元深度像元深度是工業(yè)相機(jī)的數(shù)字信號輸出格式，指每個(gè)像素每個(gè)通道數(shù)據(jù)的位數(shù)。像元深度最常用的為8bit，此外對于數(shù)字相機(jī)還會有10bit

、12bit

、16bit等。像元深度值越大，則圖像細(xì)節(jié)越豐富；灰度等級越大，圖像占

用的存儲空間越大，如圖2-12所示。在實(shí)際使用時(shí)，需要根據(jù)對于灰度等級的需求選擇像元深度。當(dāng)像元深度大于8bit時(shí)，在普通電腦顯示屏上無法顯示，只能轉(zhuǎn)為8bit或更低位顯示出來。概念三曝光時(shí)間曝光時(shí)間是指拍攝時(shí)相機(jī)快門打開后圖像傳感器采集光線的時(shí)間，曝光時(shí)間越長圖像越亮，但曝光時(shí)間過長會導(dǎo)致圖像過曝，信息細(xì)節(jié)丟失，降低了系統(tǒng)的抗抖動性?？苟秳有栽讲?，對運(yùn)動物體拍攝的曝光時(shí)間越長，拖影越長。曝光時(shí)間過短會導(dǎo)致圖像過暗，導(dǎo)致圖像細(xì)節(jié)丟失在暗區(qū)，曝光時(shí)間與圖像灰度及質(zhì)量的關(guān)系示意如圖2-13所示。拍攝時(shí)需要選擇合適的曝光時(shí)間，保證圖像具有良好的細(xì)節(jié)和對比度。概念三增益在工業(yè)相機(jī)中，可以通過調(diào)節(jié)增益調(diào)整圖像傳感器的電子信號與灰度值輸出之間的響應(yīng)曲線斜率，從而改變相機(jī)的輸出灰度值。當(dāng)電子信號輸入量一定時(shí)，增加增益可以增加響應(yīng)曲線的斜率，相機(jī)的灰度值輸出就會更高，如圖2-14a)所示。在低光環(huán)境下，可以通過調(diào)整增益的方式來增強(qiáng)信號，改變圖像亮度。但這一過程不但會放大所需的信號，同時(shí)也會放大相機(jī)所產(chǎn)生的所有干擾噪聲，如圖2-14b)、c)所示，只有在極端的環(huán)境下才考慮使用增益來增加圖像的亮度。幀率幀率指相機(jī)每秒鐘能采集和傳輸圖像的幀數(shù)，其單位為fps

，即幀/秒。幀速率越高，意味著每秒捕獲的圖像越多，常用相機(jī)幀率為14~20fps

。相機(jī)幀率受芯片類型、分辨率、像素深度、曝光時(shí)間、數(shù)據(jù)接口帶寬和芯片設(shè)計(jì)等因素影響。CMOS比CCD信號讀出速度更高，故CMOS幀率更高。通常，分辨率越低，圖像數(shù)據(jù)越小，幀率越高。1140260

138

712174656838×3277×

64154×128307×256614×5121228×10242448×2048常見相機(jī)的分辨率與幀率之間的關(guān)系020040060080010001200概念三幀率Part05分辨率核算分辨率核算為保證所選擇的相機(jī)能夠滿足視覺檢測的精度需求，需要對相機(jī)的分

辨率進(jìn)行核算，計(jì)算方法為：相機(jī)單方向的分辨率=單方向視場范圍大小/視覺精度其中視場是指成像系統(tǒng)中相機(jī)的圖像傳感器可以監(jiān)測到的最大區(qū)域，視覺精度又稱像素分辨率，指的是一個(gè)像素可以表征視場中多少區(qū)域的尺寸。假設(shè)視場的水平方向長度為32mm

，相機(jī)的水平分辨率為1600

，則視覺系統(tǒng)精度為：32mm/1600像素=0.02mm/像素表示圖像中每個(gè)像素對應(yīng)0.02mm。分辨率核算確定待測對象的檢測區(qū)域和待測對象最小的細(xì)節(jié)特征尺寸。確定待測對象的檢測區(qū)域是為了確定視場，如圖2-16所示，一般視場尺寸至少要取待測對象尺寸的120%

。確定待測對象最小的細(xì)節(jié)特征尺寸，是為了明確圖像采集系統(tǒng)需要再現(xiàn)待測對象的最小細(xì)節(jié)為多少。概念三根據(jù)待測區(qū)域來確定視場概念三分辨率核算根據(jù)項(xiàng)目類型，確定合適的視覺精度。圖像采集系統(tǒng)的視覺精度根據(jù)應(yīng)用需求會有所不同，由于相機(jī)采集圖像過程中有噪聲存在，為了區(qū)分待測對象的最小細(xì)節(jié)，通常圖像采集系統(tǒng)(硬件)的視覺精度應(yīng)為待測對象最小細(xì)節(jié)的2~3倍。精度數(shù)值越小，說明精度越高，如下圖2-17所示，視覺精度越高，對待測對象細(xì)節(jié)的描繪就越詳細(xì)，但同時(shí)也會導(dǎo)致圖像存儲空間的提高。不同視覺精度的選擇對待測對象細(xì)節(jié)呈現(xiàn)的影響形狀匹配需要1/10~1/4像素再現(xiàn)對象最小細(xì)節(jié)邊緣檢測概念三缺陷檢測需要4~10像素再現(xiàn)對象最小細(xì)節(jié)分辨率核算下表2-3展示了在三類常見檢測任務(wù)中，為滿足待測對象最小細(xì)節(jié)的精度需求所需要的像素?cái)?shù)量。需要1/4~2像素再現(xiàn)對象最小細(xì)節(jié)滿足最小細(xì)節(jié)精度所需的像素?cái)?shù)量確定相機(jī)分辨率。在確定了視場大小與視覺精度后，便可以進(jìn)行相機(jī)分辨率的估算。相機(jī)分辨率=視場大小/視覺精度分辨率核算概念三分辨率核算接下來將舉例說明相機(jī)分辨率核算方法。如圖2-18所示的大拇指圖片，其實(shí)際的長寬都為40mm，在黑色的輪廓上存在有劃痕和缺損缺陷，劃傷寬度為0.2mm

，缺損長度約為1mm。分辨率核算由于待測對象的尺寸為40mm×40mm，根據(jù)120%的視場比例確定視場的尺寸為48mm×48mm。由于檢測任務(wù)為缺陷檢測，且待測缺陷中最小的尺寸為0.2mm

，需要4-10像素來重現(xiàn)待測缺陷的最小尺寸?？紤]到劃痕類缺陷較為細(xì)小，因此選擇10像素來重現(xiàn)最小細(xì)節(jié)，即所需的視覺精度為：0.2/10=0.02mm/像素故可以計(jì)算得到所需的相機(jī)水平豎直分辨率為：48/0.02=2400即所需相機(jī)的分辨率至少為：24002400=5760000Part05工業(yè)相機(jī)選型相機(jī)的選型直接關(guān)系到數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量、精度和效率。針對特定的測量任務(wù)，選擇適合的相機(jī)可以提高測量的準(zhǔn)確性和可靠性。相機(jī)選型的一般流程如下：1)明確檢測需求。例如，若需要檢測傳送帶上的運(yùn)動物體時(shí)，需要確定其運(yùn)動速度，對快門速度、曝光時(shí)間以及光源的設(shè)計(jì)。同時(shí)還要確定適配待測對象的視場大小，并明確需要達(dá)到的檢測精度要求。2)確定色彩需求。2D工業(yè)相機(jī)主要分為彩色和黑白兩種。一般而言，只有在需要識別彩色信息的場合，例如電路板涂色引腳、彩色印刷品等，才需要使用彩色相機(jī)。3)確定視覺精度。根據(jù)檢測需求，可以計(jì)算適配檢測對象的視場大小，并確定需要達(dá)到的精度，再依照本項(xiàng)目1.5節(jié)中所述方法對系統(tǒng)的視覺精度以及相機(jī)的分辨率進(jìn)行核算。4)確定硬件參數(shù)。根據(jù)核算的相機(jī)分辨率、視覺精度等參數(shù)以及對采集速度、安裝位置、數(shù)據(jù)傳輸方式等需求，確定相機(jī)的各個(gè)元器件的參數(shù)。5)選擇相機(jī)傳感器芯片的類型。同等分辨率的情況下，CCD相機(jī)的成像效果要比CMOS相機(jī)好，價(jià)格也要貴一些，因此在精度要求不太高的情況下，可以考慮選擇CMOS相機(jī)，對精度要求很高時(shí)可以考慮CCD相機(jī)。近年來，CMOS傳感器芯片性能與CCD傳感器芯片性能逐漸接近，在滿足性能要求的前提下，考慮性價(jià)比可優(yōu)選選用CMOS相機(jī)。6)根據(jù)選型結(jié)果列出清單。綜合考慮各種因素，列出需求項(xiàng)清單，確定相機(jī)型號。檢測類型A尺寸測量D組裝引導(dǎo)B缺陷檢測

C字符識別E其他工位工位1工位2...工位N視野物料大小或待檢測區(qū)域大小/是否需要多相機(jī)組裝精度視覺精度像素分辨率相機(jī)分辨率相機(jī)像素?cái)?shù)量黑白/彩色相機(jī)線陣/面陣相機(jī)圖像質(zhì)量量子響應(yīng)效率/動態(tài)范圍/信噪比/DSNF相機(jī)快門卷簾/全局檢測速度靜止/運(yùn)動拍照曝光時(shí)間(正常/飛拍)最短曝光時(shí)間幀率數(shù)據(jù)接口(USB/Gig/Camera

Link/CLHS/CPX等)鏡頭接口C口，F(xiàn)口，使用接圈等成本其他工作環(huán)境溫度和EMI相機(jī)重量、體積預(yù)選相機(jī)型號傳輸速度、距離、電磁環(huán)境、工控機(jī)性能THANKS感謝您的觀看工業(yè)相機(jī)鏡頭認(rèn)知?

工作原理?

鏡頭組成?

技術(shù)參數(shù)?

鏡頭選型目錄Part01工作原理工作原理視覺系統(tǒng)中，鏡頭的主要作用是將目標(biāo)物體的光線匯聚，成像在相機(jī)傳感器的光敏面上。鏡頭質(zhì)量直接影響圖像質(zhì)量，進(jìn)而影響視覺系統(tǒng)整體性能，選擇合適鏡頭同樣是機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。鏡頭成像原理是基于凸透鏡成像原理，通過組合的透鏡組，將物體發(fā)出或者反射的光線成像在像平面上(與芯片面重合)，如圖2-19所示。透鏡組作用是矯正畸變、色散、場曲等各種成像不良現(xiàn)象。鏡頭成像示意圖目標(biāo)物體傳感器物距u工作原理鏡頭理想成像模型是薄透鏡模型，如圖2-20所示。薄透鏡模型在計(jì)算時(shí)，忽略了厚度對透鏡的影響，從而對光芯片尺寸O

F、F學(xué)計(jì)算公式進(jìn)行簡化。像距v像方空間焦距f

焦距f′鏡頭成像模型物方平面像方平面物方空間視場Part02鏡頭組成鏡頭結(jié)構(gòu)可以分為兩部分，光學(xué)部分和機(jī)械部分，如圖2-21所示。光學(xué)部分由透鏡組和光圈環(huán)組成，機(jī)械部分由光圈機(jī)構(gòu)、鏡筒、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和支架組成。透鏡組表面會使用增透減反(Anti-Reflection，AR)材料或啞光材料進(jìn)行鍍膜處理，這兩種鍍膜都是為了增加透光率，從而提高相機(jī)接收光線的效率。光圈環(huán)鎖緊螺絲對焦環(huán)光圈固定支架鏡片組工業(yè)鏡頭的結(jié)構(gòu)與組成概念三光圈光圈用于控制鏡頭的進(jìn)光量，用光圈系數(shù)來描述。光圈系數(shù)是指鏡頭焦距與整個(gè)鏡頭的入瞳直徑的比值，通常用F/#來表示。光圈系數(shù)F/#越大，光圈的孔狀光闌開口越小，進(jìn)光量越少，如圖2-22所示。光圈系數(shù)與光圈大小的關(guān)系F/5.6F/22F/11F/16F/4F/8光圈環(huán)光圈環(huán)連接著鏡頭內(nèi)部的可控光圈結(jié)構(gòu)，光圈結(jié)構(gòu)是由多個(gè)相互重疊的弧形薄金屬葉片組成多邊形或者圓形的孔狀光闌。通過轉(zhuǎn)動光圈調(diào)節(jié)環(huán)，控制葉片離合來改變孔狀光闌的大小，實(shí)現(xiàn)鏡頭通光量的調(diào)節(jié)。光圈系數(shù)與光圈大小的關(guān)系F/5.6F/22F/11F/16F/4F/8概念三對焦環(huán)對焦環(huán)用于調(diào)整鏡頭的聚焦面，保證鏡頭清晰成像。通過旋轉(zhuǎn)對焦環(huán)，改變鏡片組在鏡頭的相對位置，使鏡頭的成像面與相機(jī)芯片表面重合。聚焦不正確就會導(dǎo)致圖像不清晰，難以呈現(xiàn)很好的圖像效果。法蘭距是指鏡頭的法蘭面到成像面(芯片)的距離。后截距分為機(jī)械后截距與光學(xué)后截距，機(jī)械后截距指鏡頭最后的機(jī)械面到像面的距離，光學(xué)后截距指鏡頭最后端鏡片表面頂點(diǎn)到像面的距離。法蘭距與后截距鏡頭的法蘭距與后截距機(jī)械后截距光學(xué)后截距法蘭距概念三成像面概念三接口名稱法蘭距直徑螺紋結(jié)構(gòu)固定結(jié)構(gòu)S/M12-Mountundefine12mm螺紋CS-Mount12.526mm25.4mm1-32UNF螺紋C-Mount17.526mm25.4mm1-32UNF螺紋M42-Mount42mmM42x1螺紋F-Mount46.5mm-卡口V58-Mountundefine58mm-螺紋法蘭距與后截距鏡頭根據(jù)鏡頭直徑、法蘭距和光學(xué)接口的類型與相機(jī)進(jìn)行匹配，但接口類型與工業(yè)鏡頭性能并無直接關(guān)系，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行搭配與選用。表2-5展示了部分光學(xué)接口的參數(shù)。Part03技術(shù)參數(shù)焦點(diǎn)是指與鏡頭光軸平行的光線射入凸透鏡時(shí)，光線所匯聚到的一個(gè)點(diǎn)。對于單個(gè)透鏡，焦距是指從光心到焦點(diǎn)的距離；對于多個(gè)透鏡組成的鏡頭，焦距是指像方主平面到焦點(diǎn)的距離。焦點(diǎn)和焦距焦點(diǎn)和焦距像方主平面焦距f焦點(diǎn)概念三景深景深是指在鏡頭保持聚焦?fàn)顟B(tài)不變時(shí)，物體在最佳聚焦面前后可以移動的范圍。在其他配置不變的情況下，鏡頭光圈越小，景深越大；鏡頭焦距越長，景深越大；工作距離越遠(yuǎn)，景深越大；像元尺寸越大，景深越大。但需要指出的是，并不是所有檢測項(xiàng)目都需要用到大景深。例如使用調(diào)整光圈的方式增大景深時(shí)，隨著光圈變小，通光量減少，圖像的質(zhì)量也會隨之有所降低，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況和需求進(jìn)行選擇。鏡頭景深通過景深尺進(jìn)行測量，如圖2-25a)所示。景深尺上有著按規(guī)律分布的刻度，用相機(jī)拍攝得到的刻度是均勻的，如圖2-25b)、c)所示，采集的景深尺刻度對應(yīng)的清晰范圍為鏡頭的景深。工作距離工作距離是指鏡頭聚焦清晰時(shí)，被測物體到鏡頭最前端的距離。鏡頭工作距離應(yīng)考慮是否滿足測試現(xiàn)場的安裝空間。在高溫高危等特殊工況下，為了保護(hù)鏡頭，要選用盡量大的工作距離。概念三視場與視場角視場又稱視野，是指觀測物體的可視區(qū)域。視場分為水平和垂直視場，即視場的長短邊，視場的長短邊之比就等于相機(jī)芯片尺寸的長短邊之比，也等于圖像的水平和垂直像素?cái)?shù)之比。視場的選用，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)通常會使用待測對象大小的120%，另外視場與機(jī)構(gòu)定位、移動誤差等因素也有關(guān)。視場角是指鏡頭對圖像傳感器的張角，可以理解為視野邊緣與像方主平面中心點(diǎn)的夾角。芯片尺寸概念三視場角視場與視場角示意圖視場概念三畸變畸變指目標(biāo)物體經(jīng)過鏡頭所成的像的發(fā)生了形變，這個(gè)現(xiàn)象是由于視場不同位置的放大倍率不同造成的?；冎挥绊懗上竦膸缀涡螤?，并不影響成像清晰度和信息細(xì)節(jié)，因此可以通過視覺軟件標(biāo)定進(jìn)行映射校準(zhǔn)。常見的畸變類型有桶形畸變和枕形畸變，如圖2-27所示。降低畸變的方法主要有四種：使用低畸變鏡頭、標(biāo)定、圖像扭曲校正，以及在視場大小相同的情況下選用長焦距鏡頭。概念三最大兼容芯片尺寸所有鏡頭都只能在一定的范圍內(nèi)清晰成像，最大兼容芯片尺寸指鏡頭能支持的最大清晰成像的范圍。在選擇相機(jī)和鏡頭時(shí)，要注意所選擇的鏡頭的最大兼容CCD尺寸要大于或等于所選擇相機(jī)的芯片尺寸。如圖2-28a)所示，鏡頭的成像區(qū)域是圓形，只有在圓形區(qū)域內(nèi)才能透過光線，被相機(jī)接收，圖像是正常的。如果相機(jī)芯片過大，超出了鏡頭的成像區(qū)域，相機(jī)邊角區(qū)域會被遮擋，呈現(xiàn)黑色。鏡頭最大兼容芯片尺寸和相機(jī)芯片尺寸對應(yīng)顯示示意圖概念三分辨率鏡頭分辨率指鏡頭在像面處單位每毫米能夠分辨的黑白相間的條紋對數(shù)，通常用線對/毫米(lp/mm)描述。鏡頭分辨率通過使用分辨率測試卡測定。概念三放大倍率鏡頭的放大倍率定義為相機(jī)芯片尺寸與視場尺寸之間的比例，約等于像距和物距的比值。對于固定焦距鏡頭，放大倍率是可變的。當(dāng)工作距離改變時(shí)，視場大小就會改變，放大倍率也會隨之發(fā)生改變。Part04鏡頭選型鏡頭選型鏡頭的選型將直接影響到測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，正確地選擇適合特定測量任務(wù)的鏡頭可以提高測量的精度和效率：1)確定應(yīng)用需求(視野、精度、安裝高度等、待測對象是否運(yùn)動等)2)確定相機(jī)的類型與接口，是使用面陣相機(jī)還是線陣相機(jī)；3)根據(jù)應(yīng)用需求計(jì)算關(guān)鍵的光學(xué)性能參數(shù)；4)進(jìn)行分辨率來匹配。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)注意鏡頭的分辨率不低于相機(jī)的分辨率；5)滿足景深需求。對景深要求的項(xiàng)目，盡可能使用小光圈；由于景深影響因素較多以及判定標(biāo)準(zhǔn)較為主觀，具體的景深計(jì)算需要結(jié)合實(shí)際使用條件；6)注意與光源的配合，選配合適的鏡頭。例如在對精度、尺寸測量要求比較高時(shí)，需配合遠(yuǎn)心光源使用遠(yuǎn)心鏡頭，否則使用定焦鏡頭；7)注意考慮鏡頭的可安裝空間。在進(jìn)行光學(xué)性能參數(shù)核算時(shí)，工作距離、芯片尺寸、分辨率等參數(shù)相互之間的關(guān)系估算如下：三視場尺寸(V或H)=工作距離×芯片尺寸(V或H)焦距鏡頭選型鏡頭的選型將直接影響到測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，正確地選擇適合特定測量任務(wù)的鏡頭可以提高測量的精度和效率：1)確定應(yīng)用需求(視野、精度、安裝高度等、待測對象是否運(yùn)動等)2)確定相機(jī)的類型與接口，是使用面陣相機(jī)還是線陣相機(jī)；3)根據(jù)應(yīng)用需求計(jì)算關(guān)鍵的光學(xué)性能參數(shù)；4)進(jìn)行分辨率來匹配。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)注意鏡頭的分辨率不低于相機(jī)的分辨率；5)滿足景深需求。對景深要求的項(xiàng)目，盡可能使用小光圈；由于景深影響因素較多以及判定標(biāo)準(zhǔn)較為主觀，具體的景深計(jì)算需要結(jié)合實(shí)際使用條件；6)注意與光源的配合，選配合適的鏡頭。例如在對精度、尺寸測量要求比較高時(shí)，需配合遠(yuǎn)心光源使用遠(yuǎn)心鏡頭，否則使用定焦鏡頭；7)注意考慮鏡頭的可安裝空間。在進(jìn)行光學(xué)性能參數(shù)核算時(shí)，工作距離、芯片尺寸、分辨率等參數(shù)相互之間的關(guān)系估算如下：三放大倍率=芯片尺寸(V或H)視場尺寸(V或H)鏡頭選型鏡頭的選型將直接影響到測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，正確地選擇適合特定測量任務(wù)的鏡頭可以提高測量的精度和效率：1)確定應(yīng)用需求(視野、精度、安裝高度等、待測對象是否運(yùn)動等)2)確定相機(jī)的類型與接口，是使用面陣相機(jī)還是線陣相機(jī)；3)根據(jù)應(yīng)用需求計(jì)算關(guān)鍵的光學(xué)性能參數(shù)；4)進(jìn)行分辨率來匹配。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)注意鏡頭的分辨率不低于相機(jī)的分辨率；5)滿足景深需求。對景深要求的項(xiàng)目，盡可能使用小光圈；由于景深影響因素較多以及判定標(biāo)準(zhǔn)較為主觀，具體的景深計(jì)算需要結(jié)合實(shí)際使用條件；6)注意與光源的配合，選配合適的鏡頭。例如在對精度、尺寸測量要求比較高時(shí)，需配合遠(yuǎn)心光源使用遠(yuǎn)心鏡頭，否則使用定焦鏡頭；7)注意考慮鏡頭的可安裝空間。在進(jìn)行光學(xué)性能參數(shù)核算時(shí)，工作距離、芯片尺寸、分辨率等參數(shù)相互之間的關(guān)系估算如下：三相機(jī)像素(V或H)=視

H)視覺精度場尺寸(V或鏡頭選型下面舉例對核算的方法進(jìn)行說明：在某一檢測需求中，要求視場大小為180mm×135mm

，相機(jī)芯片尺寸大小為1〞(12.8mm×9.6mm)，像元尺寸為3.5μm，相機(jī)接口為C型接口，工作距離要求小于800mm。具體的計(jì)算流程如下：1.根據(jù)焦距公式計(jì)算，可得焦距：f'=工作距離(視場尺寸V

芯片尺寸V)=800(18012.8)=56.89mm2)選擇最接近的焦距，f

'取50mm，根據(jù)確定的焦距，計(jì)算新的工作距離，可得：新的工作距離(視場尺寸V

芯片尺寸V)焦距=(18012.8)50=703.125mm計(jì)算所得的工作距離<800mm，因此所選定的焦距可行。3.像素匹配，根據(jù)上述參數(shù)計(jì)算像素需求為：像素=12.8(3.510?3)9.6(3.510?3)=1.00107根據(jù)計(jì)算結(jié)果，建議選用10M系列定焦鏡頭4.確定接口為C接口；5.根據(jù)上述參數(shù)，進(jìn)行相機(jī)的選型THANKS感謝您的觀看機(jī)器視覺光源認(rèn)知?

光源分類?

照明方式?照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄Part01光源分類光源分類光源在機(jī)器視覺系統(tǒng)中十分重要，根據(jù)檢測任務(wù)選擇并布置合適的光源，具有以下優(yōu)勢：1.目標(biāo)信息與背景分離，增強(qiáng)對比度，方便特征信息的提取；2.維持照明恒定，保證采集到的圖像的質(zhì)量穩(wěn)定；3.降低設(shè)計(jì)算法的難度、提高檢測效率，并增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。光源根據(jù)發(fā)光機(jī)理、光線波段和形狀結(jié)構(gòu)可以分為不同的類型，不同類型的光源各有其特點(diǎn)。按發(fā)光機(jī)理分類根據(jù)發(fā)光機(jī)理不同，常見光源的類型主要有LED燈、鹵素?zé)簟㈦療艉蜔晒鉄?種。LED燈的壽命約為30000~100000小時(shí)，可以同時(shí)使用多個(gè)LED達(dá)到高亮度，也可以組合成不同的形狀，響應(yīng)速度快，還可以根據(jù)不同用途選擇匹配的波長。缺點(diǎn)是在白光照射中顯色性偏低。LED燈LED燈鹵素?zé)魤勖s為1000小時(shí)左右，亮度高，但響應(yīng)速度慢，光亮度和色溫變化很小，應(yīng)用范圍比較小。鹵素?zé)酐u素?zé)綦療舻膬?yōu)點(diǎn)是亮度高，色溫與日光接近，可用在對色溫要求很高的項(xiàng)目上。但是氙燈使用壽命短，約1000小時(shí)左右，響應(yīng)速度慢，發(fā)熱量大，工作電流大，供電安全要求嚴(yán)格，所以視覺檢測上很少會用到。氙燈氙燈熒光燈的使用壽命約為1500~3000小時(shí)，擴(kuò)散性好，適合大面積的均勻照射，缺點(diǎn)是亮度比較低。綜合來說，LED燈的綜合性能更強(qiáng)，更適合應(yīng)用于機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)中。熒光燈熒光燈紅外光400500600700按光線波段分類在機(jī)器視覺中常用的是可見光范圍(380~780nm)以及紫外和近紅外波段光線，如圖2-31所示，不同波段的光適用于不同的應(yīng)用場景。常用的有：白光、藍(lán)光、紅光、紅外光、紫外光以及特殊的偏振光?？梢姽庾V圖紫外光白色光源通常用色溫來界定，色溫高的顏色偏藍(lán)色(冷色，色溫>5000K)，色溫低的顏色偏紅(暖色，色溫<3300K)，界于3300~5000K之間稱為中間色。白色光源適用性廣，亮度高，常在拍攝彩色圖像時(shí)使用。紅色光源的波長在600~720nm之間，

由于其波長較長，可以穿透一些比較暗的物體。在進(jìn)行黑色底材透明軟板孔位定位、

綠色電路板電路檢測、透光膜厚度檢測等檢測任務(wù)時(shí)，紅色光源可明顯提高對比度。綠色光源波長在510~530nm之間，常用于紅色或銀色背景產(chǎn)品(如鈑金件、車加工件等)的檢測。藍(lán)色光源波長在430~480nm之間，適用于銀色背景產(chǎn)品(如金件、車加工件

等)、薄膜上金屬印刷品等。按光線波段分類按光線波段分類圖2-32展示了不同顏色的可見光對圖像對比度的影響。圖2-32a)中藍(lán)色電容表面的字符在紅色光源的照射下更加清晰，圖2-32b)中易拉罐沖壓后的表面在白光照射下可以看見紅色的“謝謝惠顧”字符，在圖2-32c)中使用紅色光源照射后，表面的紅色字符對比度降低，便于對罐體的沖壓質(zhì)量進(jìn)行檢測?？梢姽庠磳Τ上裥Ч挠绊懠t外光紅外光的波長一般在780~1400nm之間，屬于不可見光。紅外光可以抑制背景顏色，繞射穿透能力比可見光更強(qiáng)。一般在LCD屏檢測、視頻監(jiān)控行業(yè)應(yīng)用比較普遍。使用時(shí)建議選取對其光路和透過率進(jìn)行優(yōu)化的紅外鏡頭搭配相機(jī)使用，場景中存在著可見光干擾紅外光成像，可使用濾光片提高圖像質(zhì)量。圖2-33a)中，毛巾表面的染料顏色在可見光照射下對比度較強(qiáng)，清晰可分辨；在圖2-33b)中更換為近紅外光照射后，染料的顏色被有效地抑制以至于完全消失，因此可以分辨出毛巾上的發(fā)絲。圖2-33c)中，線路板表面的“不透明”材質(zhì)影響了對OLED線路的檢測，而在圖2-33d)中更換為紅外光照射后，由于紅外光波長，繞射穿透能力增加，因此能夠透過“不透明”材質(zhì)分辨出OLED線路。紫外光紫外光的波長一般在190~400nm之間，波長短、穿透力強(qiáng)，可以進(jìn)行注射液微粒檢測以及配合濾光片進(jìn)行熒光物質(zhì)檢測。由于紫外LED價(jià)格昂貴，所以成本也相對較高。應(yīng)當(dāng)注意的是，紫外光對人的眼睛和皮膚都有傷害，使用時(shí)需要注意防護(hù)。圖2-34a)展示了利用紫外光的熒光效應(yīng)對含熒光劑的油墨字符進(jìn)行檢測，此方法也同樣適用于熒光二維碼、紡織材料異物、膠水檢測等應(yīng)用場景。偏振光當(dāng)自然光通過偏振濾光片后會變?yōu)槠窆?。偏振光是僅包含一種振動方向的光線，其振動方向是固定的。偏振光可以用于消除物體表面的眩光現(xiàn)象，如圖2-35a)和b)所示，也可以利用光彈性效應(yīng)檢測透明物體的材料應(yīng)力，如圖2-35c)和d)所示。按光源形狀和方向分類LED光源可以組合成不同的形狀。根據(jù)光源形狀和光照方向分布的區(qū)別，常用的LED光源可以分為條光、環(huán)光、面光、組合光、同軸光、球積分光、遠(yuǎn)心光、結(jié)構(gòu)光，如圖2-36所示。根據(jù)不同的檢測需求合適地選擇光源的形狀和方向，可以有效地凸顯待檢測的特征。Part02照明方式光源照射的方向性也是增強(qiáng)被測物體特征的有效手段。光源可以是漫射或直接照射方式，當(dāng)光源漫射時(shí)，在各個(gè)方向光的強(qiáng)度幾乎是一樣的；直接照射時(shí)，光源發(fā)出的光集中在非常窄的空間角度范圍內(nèi)，在特定情況下，光源可以僅發(fā)出單向平行光，稱作平行光照射。光源、相機(jī)以及被測物體的相對位置也可以用來增強(qiáng)被測物體特征。如果光源與相機(jī)位于被測物體的同一側(cè)，稱為正面光；如果光源與相機(jī)位于被測物體的兩側(cè)，稱為背光；如果光源與被測物體成一定角度，使得絕大部分光能夠被反射到相機(jī)，稱作明場照明，如圖2-37a)所示。如果僅有照射到被測物體特定部分的光被反射到相機(jī)，稱作暗場照明，如圖2-37b)所示。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)檢測需求進(jìn)行照明方式的選擇，不同的照明方式可以突出檢測對象不同的特征。概念三漫反射高角度照明漫反射高角度照明可以抑制輕微劃傷/加工紋路等表面紋理，為表面略微不平的小型零件提供均勻照明，或是為高反光材料提供低眩光照明，其布置方式如圖2-38a)所示。如圖2-38b)所示，對于五金件表面的字符識別，可以使用高均勻漫反射環(huán)形光源照明。對于化妝瓶上的條形碼識別(圖2-38c))，可使用高均勻條形光源，光源形狀與物體形狀相近，可以保證好的照明效果。漫反射高角度照明漫反射高角度照明可以使用帶漫射板的環(huán)形光源、高均勻條形光源、帶漫射板的開孔面光源、漫射同軸光源、球積分光源，如圖2-39所示。高角度環(huán)形光、同軸光具有安裝簡單、效果穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，而加裝漫射板適用于將光均衡地?cái)U(kuò)散到整個(gè)平面的薄片，由于光在通過漫射板時(shí)會損失一部分，所以相較不使用漫射板時(shí)亮度會有所下降。此外，在選擇面光源時(shí)，一般選擇面光源的發(fā)光面積為視場尺寸的2倍。定向光高角度照明定向光高角度照明適用于檢測高反光材料的表面缺陷、劃傷、裂縫、斷差，以及為低反光材料提供均勻的照明，并可以提供照亮特定細(xì)節(jié)的方向性光，其布置方式如圖2-40a)所示。圖2-40b)中展示的玻璃表面劃線檢測，可以使用平行同軸光源，圖2-40c)手機(jī)充電器字符檢測時(shí)，可以使用條形光源。定向光高角度照明定向光高角度照明可以使用平行同軸光源、面光源、高角度環(huán)形光源、條形光源、組合條形光源，如圖2-41所示。安裝時(shí)，需要注意光源的位置和角度，盡可能兼容待測對象的變化(形狀/高低/移動/傾斜)。未配漫射版的光源適用于低反光材料，在照射高反光材料可能出現(xiàn)露燈珠而干涉圖像效果。低角度照明低角度照明適用于檢測材料的表面缺陷、劃傷、裂縫、斷差等，削弱低反光材料表面的高低凸起顆粒，提取材料的輪廓邊緣，或者讀取條碼、印刷字符識別等，其布置方式如圖2-42a)所示。圖2-42b)中手機(jī)按鍵尺寸就可以使用環(huán)形漫射光源進(jìn)行檢測。低角度照明可以使用低角度環(huán)形光源(帶漫射板)、條形光源、環(huán)形低角度光源、環(huán)形漫射光源、四邊形漫射光源、組合條形光源(帶漫射板)、低角度環(huán)形光源，如圖2-43所示。低角度照明屬于暗場照明，用于暗場照明的光源，在安裝時(shí)需盡可能降低與測試對象的垂直距離，要保證光源與測試對象的安全距離至少為5-10mm。也可以采用照射角不變，增加發(fā)光面與測試對象的水平距離來增加安全距離。低角度照明低角度照明適用于檢測材料的表面缺陷、劃傷、裂縫、斷差等，削弱低反光材料表面的高低凸起顆粒，提取材料的輪廓邊緣，或者讀取條碼、印刷字符識別等，其布置方式如圖2-42a)所示。圖2-42b)中手機(jī)按鍵尺寸就可以使用環(huán)形漫射光源進(jìn)行檢測。低角度照明可以使用低角度環(huán)形光源(帶漫射板)、條形光源、環(huán)形低角度光源、環(huán)形漫射光源、四邊形漫射光源、組合條形光源(帶漫射板)、低角度環(huán)形光源，如圖2-43所示。低角度照明屬于暗場照明，用于暗場照明的光源，在安裝時(shí)需盡可能降低與測試對象的垂直距離，要保證光源與測試對象的安全距離至少為5-10mm。也可以采用照射角不變，增加發(fā)光面與測試對象的水平距離來增加安全距離。背光照明背光照明利用檢測對象材質(zhì)和厚度的不同對光的透性存在差異，其布置方式如圖2-44a)所示。背光照明可區(qū)分可透射與不可透射的材質(zhì)，適合提取檢測對象邊緣輪廓和孔洞，完成貫穿型缺陷檢測、狹縫和通孔內(nèi)雜質(zhì)檢測。如圖2-44中的金屬輪廓定位檢測、玻璃瓶外輪廓測量、飲料瓶封裝檢測、玻璃內(nèi)部氣泡檢測，均可使用背光照明方式。背光照明在進(jìn)行布置時(shí)，合理的照明方式可以得到更好的檢測效果。如圖2-45a)所示，待測物體材料為圓弧邊緣的不透明材料，采用漫射背光時(shí)候會存在雜散光照亮圓弧上表面，造成邊緣銳利度下降的問題，影響測量的準(zhǔn)確性。此時(shí)，可采用圖2-45b)的遠(yuǎn)心鏡頭搭配平形背光的方式進(jìn)行照明，邊緣銳利度明顯提高。背光照明此外，為減少成本，還可以選擇使用擋光片來遮擋住不需要的雜散光，或者增加光源和待測物體之間的距離，以此來減少射入鏡頭的雜散光。如圖2-46所示，圖中在沒有使用遮擋片時(shí)，圖像亮度不均勻，邊緣難以區(qū)分，使用遮擋片后圖像亮度均勻，邊緣清晰銳利。同軸光照明同軸光源所發(fā)出的光路與入射鏡頭光的光路是同軸的，它的優(yōu)點(diǎn)是可以照亮全視場，圖像中心不會因?yàn)楣庹辗植疾痪a(chǎn)生未照亮的空洞。但由于其光效低(光線兩次通過分光鏡，光損失75%，實(shí)際到鏡頭的光強(qiáng)少于25%)，因此會導(dǎo)致圖像的對比度降低。同軸光源的不同布置方式有著不同的適用場景。同軸光源布置在低工作距離時(shí)，光線分布為漫反射，如圖2-47a)所示，能夠削弱物體表面紋理，適用于印刷電路板字符、Mark點(diǎn)定位、二維碼識別；在長工作距離時(shí)，光線分布為近平行光，如圖2-47b)所示，適用于檢測高反光材料表面的小角度變化、平整度等。低工作距離長工作距離無影光照明當(dāng)希望整個(gè)視場的照度均勻，避免照射所產(chǎn)生的陰影影響成像效果時(shí)，可以使用無影

光照明，其布置方式如圖2-48a)所示。無影光照明通常使用球積分光源完成，這種光源內(nèi)部是朗伯輻射體，能夠均勻反射從底部360°發(fā)射出的光線。球積分光源適用于曲面、凹凸表面、高反光表面檢測，如圖2-48b)、圖2-48c)所示。除了球積分光源外，無影光照明還常常使用拱形光源，如圖2-49所示。球積分光源可以避免環(huán)境光的干擾，但是體積比較大，若采用球積分光源時(shí)安裝時(shí)要注意盡可能降低與對象之間的距離。需要對球體表面的瑕疵進(jìn)行檢測時(shí)，可以使用定制球積分光源。無影光照明此外，在檢測高反光材料時(shí)，圖像中心可能出現(xiàn)黑色空洞的現(xiàn)象，此時(shí)可用同軸光源配合球積分光源構(gòu)成連續(xù)無影光來消除這一現(xiàn)象的影響，如圖2-50所示。遠(yuǎn)心照明遠(yuǎn)心照明光源是一種特殊的定向光源，這種光源是將LED發(fā)出的光集中，射出平行主光路，發(fā)散角非常小，通?！?°。由于光線直射入鏡頭，消除光源漫射造成的邊緣模糊現(xiàn)象，因此可以提高照明均勻性，形成高對比度圖像，從而獲得更高的測量精度。由于遠(yuǎn)心照明的光傳輸效率高，所以其曝光時(shí)間也可縮短3至5倍。遠(yuǎn)心照明光源可以勝任多種檢測場景，如圖2-51、圖2-52所示。遠(yuǎn)心光源(背光布置)遠(yuǎn)心光源(前光布置)遠(yuǎn)心照明遠(yuǎn)心光源需要與遠(yuǎn)心鏡頭配合使用。遠(yuǎn)心光源安裝要保證穩(wěn)定無振動、光路與遠(yuǎn)心鏡頭平行對齊、角度偏差＜±1°，用于保證圖像亮度分布的均勻性。當(dāng)遠(yuǎn)心光源與遠(yuǎn)心鏡頭不完全對齊時(shí)，遠(yuǎn)心原理仍然有效，但會導(dǎo)致亮度分布不均勻。遠(yuǎn)心光源通常選用綠色、藍(lán)色波段的單色光，選用單色光能夠減少色差對圖像質(zhì)量的影響，綠色波段單色光感光效率高，更適合成像。遠(yuǎn)心光源(背光布置)遠(yuǎn)心光源(前光布置)Part03照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理的照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)將對機(jī)器視覺檢測提供便利條件。照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程主要分為五個(gè)步驟：明確檢測特征、確定光源參數(shù)及照明方式、確定光源控制方式、實(shí)驗(yàn)測試與驗(yàn)證、整理指導(dǎo)性資料并實(shí)施。1.明確檢測特征為滿足檢測要求，需要通過與需求方溝通，明確被測物體上的檢測類型、檢測特征、檢測區(qū)域，列出檢測需求。如果需要進(jìn)行尺寸類檢測，就需要了解被測物體的設(shè)計(jì)尺寸、尺寸公差等信息；如果需要進(jìn)行缺陷類檢測，就需要了解被測物體的材質(zhì)、表面紋理、顏色、結(jié)構(gòu)等信息，然后對被測缺陷的種類、大小、形態(tài)、深淺等信息進(jìn)行收集。必要時(shí)，也需要了解被測物體的生產(chǎn)流程、工藝與被測區(qū)域的環(huán)境。照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理的照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)將對機(jī)器視覺檢測提供便利條件。照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程主要分為五個(gè)步驟：明確檢測特征、確定光源參數(shù)及照明方式、確定光源控制方式、實(shí)驗(yàn)測試與驗(yàn)證、整理指導(dǎo)性資料并實(shí)施。2.進(jìn)行光路分析，初步確定光源參數(shù)及照明方式通過光路分析，初步確定光源的類型、尺寸、擺放位置和角度。光路分析有四個(gè)子步驟：1)、分析被測物體與光的相互作用。通過觀察對象上的被測特征，尋找被測特征與背景的最大光學(xué)差異(用于形成對比度)，并以此尋找到相機(jī)觀察對象的最佳角度。照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理的照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)將對機(jī)器視覺檢測提供便利條件。照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程主要分為五個(gè)步驟：明確檢測特征、確定光源參數(shù)及照明方式、確定光源控制方式、實(shí)驗(yàn)測試與驗(yàn)證、整理指導(dǎo)性資料并實(shí)施。2.進(jìn)行光路分析，初步確定光源參數(shù)及照明方式通過光路分析，初步確定光源的類型、尺寸、擺放位置和角度。光路分析有四個(gè)子步驟：2)、畫出想要實(shí)現(xiàn)的工件照明效果。根據(jù)檢測特征要求，考慮需要實(shí)現(xiàn)的圖像效果。例如在背光照明時(shí)，希望被測特征邊緣部分的光進(jìn)入鏡頭用于凸顯邊緣細(xì)節(jié)，外背景部分的光不要進(jìn)入鏡頭，據(jù)此畫出所希望實(shí)現(xiàn)的照明效果。圖2-53為實(shí)現(xiàn)不同檢測需求時(shí)需要在某工件表面呈現(xiàn)的照明效果，圖中右上為明場照明(高角度照明)、右下為暗場照明(低角度照明)

。照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理的照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)將對機(jī)器視覺檢測提供便利條件。照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程主要分為五個(gè)步驟：明確檢測特征、確定光源參數(shù)及照明方式、確定光源控制方式、實(shí)驗(yàn)測試與驗(yàn)證、整理指導(dǎo)性資料并實(shí)施。2.進(jìn)行光路分析，初步確定光源參數(shù)及照明方式通過光路分析，初步確定光源的類型、尺寸、擺放位置和角度。光路分析有四個(gè)子步驟：照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理的照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)將對機(jī)器視覺檢測提供便利條件。照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程主要分為五個(gè)步驟：明確檢測特征、確定光源參數(shù)及照明方式、確定光源控制方式、實(shí)驗(yàn)測試與驗(yàn)證、整理指導(dǎo)性資料并實(shí)施。2.進(jìn)行光路分析，初步確定光源參數(shù)及照明方式通過光路分析，初步確定光源的類型、尺寸、擺放位置和角度。光路分析有四個(gè)子步驟：3)、畫出光學(xué)成像光路圖。根據(jù)光在工件表面的反射作用，畫出與步驟2)中的照明效果相對應(yīng)的光路圖，使得相機(jī)獲得有效圖像，如圖2-54所示。照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理的照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)將對機(jī)器視覺檢測提供便利條件。照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程主要分為五個(gè)步驟：明確檢測特征、確定光源參數(shù)及照明方式、確定光源控制方式、實(shí)驗(yàn)測試與驗(yàn)證、整理指導(dǎo)性資料并實(shí)施。2.進(jìn)行光路分析，初步確定光源參數(shù)及照明方式通過光路分析，初步確定光源的類型、尺寸、擺放位置和角度。光路分析有四個(gè)子步驟：照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理的照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)將對機(jī)器視覺檢測提供便利條件。照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程主要分為五個(gè)步驟：明確檢測特征、確定光源參數(shù)及照明方式、確定光源控制方式、實(shí)驗(yàn)測試與驗(yàn)證、整理指導(dǎo)性資料并實(shí)施。2.進(jìn)行光路分析，初步確定光源參數(shù)及照明方式通過光路分析，初步確定光源的類型、尺寸、擺放位置和角度。光路分析有四個(gè)子步驟：4)、確定光源類型?？紤]照射光的幾何分布、物體運(yùn)動和機(jī)臺空間限制等，初步篩選需要用到的光源，并根據(jù)照光路分析來初步確定光源的擺放位置、類型、尺寸、發(fā)光面大小等。照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理的照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)將對機(jī)器視覺檢測提供便利條件。照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程主要分為五個(gè)步驟：明確檢測特征、確定光源參數(shù)及照明方式、確定光源控制方式、實(shí)驗(yàn)測試與驗(yàn)證、整理指導(dǎo)性資料并實(shí)施。3.確定光源控制方式根據(jù)檢測要求，確定光源的控制方式，如光源工作模式、開關(guān)頻率等。照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理的照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)將對機(jī)器視覺檢測提供便利條件。照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程主要分為五個(gè)步驟：明確檢測特征、確定光源參數(shù)及照明方式、確定光源控制方式、實(shí)驗(yàn)測試與驗(yàn)證、整理指導(dǎo)性資料并實(shí)施。4.實(shí)驗(yàn)測試與驗(yàn)證根據(jù)光路分析的結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與測試，盡可能多的收集多種缺陷的樣品，記錄好光源的測試角度、擺放位置和曝光時(shí)間等參數(shù)，便于對照明效果進(jìn)行對比。最后，從光的方向、強(qiáng)度、波長、偏振等角度來尋找圖像對比度最大時(shí)，所對應(yīng)的光源擺放位置、類型、尺寸、發(fā)光面大小等。照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理的照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)將對機(jī)器視覺檢測提供便利條件。照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程主要分為五個(gè)步驟：明確檢測特征、確定光源參數(shù)及照明方式、確定光源控制方式、實(shí)驗(yàn)測試與驗(yàn)證、整理指導(dǎo)性資料并實(shí)施。5.整理指導(dǎo)性資料并實(shí)施在實(shí)驗(yàn)測試結(jié)束后，記錄照明效果最優(yōu)的一組光源配置與照明方式，并形成照明系統(tǒng)清單、方案書、配置參數(shù)等，供設(shè)備集成商進(jìn)行安裝及成本評估等。THANKS感謝您的觀看3D掃描儀認(rèn)知?分類及原理?檢測應(yīng)用案例目錄Part01分類及原理分類及原理傳統(tǒng)的2D工業(yè)相機(jī)只能記錄相機(jī)視場范圍內(nèi)的所有物體，但其所記錄的數(shù)據(jù)并不包含這些物體到相機(jī)的距離，而3D掃描儀就能解決這一問題。3D掃描儀可以通過拍攝圖像來獲得景深信息，從而獲得目標(biāo)3D信息，構(gòu)建3D模型，在工業(yè)質(zhì)量控制、汽車自主導(dǎo)航中得到了廣泛應(yīng)用。常見3D掃描儀有線激光掃描儀、單目結(jié)構(gòu)光掃描儀、雙目結(jié)構(gòu)光掃描儀和飛行時(shí)間法(Time

of

Flight

，TOF)掃描儀四種。線激光掃描儀線激光掃描儀主要由激光發(fā)射器和相機(jī)組成，其外形結(jié)構(gòu)如圖2-55所示，由激光發(fā)射器發(fā)出線性激光光束投射到工件表面，通過提取采集的圖像中激光條紋中心點(diǎn)，計(jì)算出表面物體的深度信息，從而得出物體的三維信息。線激光掃描儀通常配合移動機(jī)構(gòu)(如導(dǎo)軌、轉(zhuǎn)臺、機(jī)器人等)使用。線激光掃描儀的工作原理為三角測量法，其基本原理如圖2-56所示。在測量時(shí)，掃描儀和被測物體做相對運(yùn)動，掃描儀中的相機(jī)從一個(gè)角度觀察目標(biāo)上的激光掃描線，并捕獲從被測物體上反射回來的激光。相機(jī)每次曝光可捕獲一個(gè)三維輪廓，從某種意義上來說是一個(gè)切片。激光反射回相機(jī)的不同位置，具體取決于目標(biāo)與視覺傳感器之間的距離。線激光掃描儀的激光發(fā)生器、相機(jī)、被測物體構(gòu)成一個(gè)三角形。使用激光發(fā)生器與相機(jī)之間的已知距離和兩個(gè)已知角度來計(jì)算視覺傳感器與被測物體之間的距離，從而獲取物體的三維信息。線激光掃描儀能夠提供高精度三維測量數(shù)據(jù)，且能夠在較短時(shí)間完成大范圍掃描，工作效率高。但工件表面過暗或過亮?xí)r會影響掃描效果，配套使用的導(dǎo)軌的運(yùn)動精度也會影響被測物體最終測量結(jié)果。概念三概念三三角測量原理示意圖線激光