机器视觉(相机、镜头、光源)全面概括——mark
1.1.1 视觉系统原理描述
机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是指通过机器视觉产品(即图像摄取装置,分 CMOS 和 CCD 两种)将被摄取目标转换成图像信号,传送给专用的 图像处理系统,根据像素分布和亮度、颜色等信息,转变成数字化信号;图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征,进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。
2.1.1 视觉系统组成部分
视觉系统主要由以下部分组成
1. 照明光源
2. 镜头
3. 工业摄像机
4. 图像采集 / 处理卡
5. 图像处理系统
6. 其它外部设备
2.1.1.1 相机篇
详细介绍:
工业相机又俗称摄像机,相比于传统的民用相机(摄像机)而言,它具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等,目前市面上工业相机大多是基于 CCD ( Charge
Coupled Device )或 CMOS ( Complementary Metal Oxide Semiconductor )芯片的相机。 CCD 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,而不同于其它器件是以电流或者电压为信号。这类成像器件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。典型的 CCD 相机由光学镜头、时序及同步信号发生器、垂直驱动器、模拟 / 数字信号处理电路组成。 CCD 作为一种功能器件,与真空管相比,具有无灼伤、无滞后、低电压工作、低功耗等优点。 CMOS 图像传感器的开发最早出现在 20 世纪 70 年代初, 90 年代初期,随着超大规模 集成电路 (VLSI) 制造工艺技术的发展, CMOS 图像传感器得到迅速发展。 CMOS 图像传感器将光敏元阵列、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换电路、图像信号处理器及控制器集成在一块芯片上,还具有局部像素的编程随机访问的优点。目前, CMOS 图像传感器以其良好的集成性、低功耗、高速传输和宽动态范围等特点在高分辨率和高速场合得到了广泛的应用。、
分类:
任何东西分类一定有它自己的分类标准,工业相机也不例外,按照芯片类型可以分为 CCD 相机、 CMOS 相机;按照传感器的结构特性可以分为线阵相机、面阵相机;按照扫描方式可以分为隔行扫描相机、逐行扫描相机;按照分辨率大小可以分为普通分辨率相机、高分辨率相机;按照输出信号方式可以分为模拟相机、数字相机;按照输出色彩可以分为单色(黑白)相机、彩色相机;按照输出信号速度可以分为普通速度相机、高速相机;按照响应频率范围可以分为可见光(普通)相机、 红外相机、紫外相机等。
区别:
如何选择:
2.1.1.2 镜头篇
镜头的基本功能就是实现光束变换(调制),在机器视觉系统中,镜头的主要作用是将成像目标在图像传感器的光敏面上。镜头的质量直影响到机器视觉系统的整体性能,合理地选择和安装镜头,是机器视觉系统设计的重要环节。
基础知识:
镜头匹配
大家如何选择合适镜头,镜头选配时需要选择与摄像机接口和 CCD 的尺寸相匹配的镜头。镜头 C 和 CS 的接口方式占主流。小型的安防用的 CS 接口摄像机得到普及、 FA 行业则大部分是 C 接口的摄像机与镜头的组合。对应的 CCD 尺寸、市场上一般根据用途使用 2/3 寸到 1/3 寸的产品。
CCD |
CCD尺寸 |
||
水平:H |
垂直:V |
对角:D |
|
1型 |
12.8 |
9.6 |
16.0 |
2/3型 |
8.8 |
6.6 |
11.0 |
1/2型 |
6.4 |
4.8 |
8.0 |
1/3型 |
4.8 |
3.6 |
6.0 |
1/4型 |
3.6 |
2.7 |
4.5 |
35mm胶片 |
36.0 |
24.0 |
43.3 |
互换性
C 接口镜头可以与 C 接口摄像机、 CS 接口摄像机互用;
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。
KERARE
摄像机如果使用配备小 CCD 尺寸的镜头,那么周边没有摄取到图像的部分呈现出黑色,我们称其为 KERARE 。
镜头的作用:
将折射率不同的各种硝材通过研磨,加工成高精度的曲面、把这些镜头进行组合,就是设计镜头。从伽利略时代开始使用的普遍技术是其基本原理。为得到更清晰的图像,一直在研究开发试制新的硝材和非球面镜片。
焦距
焦距 是主点到成像面的距离。这个数值决定了摄影范围的不同。数值小,成像面距离主点近,是短焦距镜头。这种情况下的的画角是广角、可拍摄广大的场景。相反的、主点到成像面的距离远时、是长焦距镜头,画角变窄(望远)。
工业镜头选择
Transfer Function) 来综合评价镜头成像质量,光学系统传递的是亮度沿空间分布的信息,光学系统在传递被摄景物信息时,被传递之各空间频率的正弦波信号,其调制度和位相在成实际像时的变化,均为空间频率的函数,此函数称为光学传递函数。 OTF 一般由调制传递函数 MTF(Modulation Transfer Function) 与位相传递函数 PTF(Phase Transfer Function ) 两部分组成。
2.1.1.3 光源篇
机器视觉系统中最关键的一个方面就是选择正确的照明,机器视觉光源直接影响到图像的质量,进而影响到系统的性能。所以我们说光源起到的作用:就是获得对比鲜明的图像。
为什么要用光源?
LED光源按形状通常可分为以下几类:
光源的选型:
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