机器视觉教材-硬件篇课件.ppt

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1、硬件篇………….视觉系统原理描述………….视觉系统硬件全面概括内容1.1.1视觉系统原理描述机器视觉就是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，分为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，进而根据识别的结果来控制现场的设备动作。2.1.1机器视觉硬件全面概括相机镜头光源图像采集卡PLC2.1.1.1相机视觉行业所用的相机为工业相机，工业相机又俗称摄像机，相比于传统的的民用相机而言，它具有高的图像稳定性、高传输能力和

2、高抗干扰能力等，目前市面上工业相机大多是基于CCD或CMOS芯片的相机。2.1.1.1.1工业相机分类CCD相机按芯片类型CMOS相机隔行扫描相机按扫描方式逐行扫描相机线阵相机按传感器结构特性面阵相机2.1.1.1.2相机基本参数分辨率：相机每次采集图像的像素点（Pixels）,对于数字相机一般是直接与光电传感器的像元数对应的，对于模拟相机则是取决于视频制式，PAL制为768*576,NTSC制为640*480；像素深度：即每个像素数据的位数，一般常用的是8Bit,对于数字工业相机一般还有10Bit、12Bit等；像元尺寸（PixelSize）：像元大小和像元数（分辨率）共同决定了相机

3、机靶面的大小。目前数字相机像元尺寸一般为--；帧率：相机采集传输图像的速率，对于面阵相机一般为每秒采集的帧数（Frames/Sec）对于线阵相机为每秒采集的行数（Hz）。2.1.1.1.3CCD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、信号读取与一体，是典型的固体成像器件。CCD的突出特点是以电荷作为信号，而不同于其他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成电荷包，而后在脉冲的作用下转移、放大输出图像信号。CCD相机优势典型的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

4、真空管相比具有无灼伤、无滞后、低电压工作、低功耗等优点。2.1.1.1.4CMOS相机CMOS相机的开发最早出现在20世纪70年代，90年代初期，随着超大规模集成电路制造工艺技术的发展，CMOS相机得到迅速发展。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。CMOS相机优势CMOS相机具有局部像素的编程随机访问的优点，目前，CMOS相机以其良好的集成性、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应用。2.1.1.1.4工业相机与普通相机的区别工业相机性能可靠易于安装，相机结构紧凑结实不易损坏，连

5、续工作时间长，可以在较差的环境下使用，普通相机是做不到这些的，例如：让普通相机连续工作一天或几天肯定会受不了的；工业相机的快门(曝光)时间非常短，可以抓拍高速运动的物体；工业相机帧率远高于普通相机；工业相机输出的是裸数据，光谱范围较宽，比较适合进行高质量的图像处理算法，例如机器视觉应用。而普通相机拍摄的图片，其光谱范围只适合人眼视觉，图像质量较差，不利于进行分析处理；工业相机相对于普通相机来说价格较贵。2.1.1.1.5相机选取方法选取相机也是我们摄取图像的一个关键步骤，不可忽视，以下举例说明几种选取相机方法：2.1.1.1.5（1）相机选取方法根据应用的不同选用CCD或CMOS相机。

6、CCD相机主要应用在运动物体的图像摄取，如贴片机机器视觉，当然随着CMOS技术的发展，许多贴片机也在选用CMOS工业相机。用在视觉自动检查的方案或行业中一般用CCD相机比较多，CMOS相机成本低，功耗低也应用越来越广泛；2.1.1.1.5（2）相机选取方法分辨率的选择。首先考虑待观察或待测量物体的精度，根据精度选择分辨率。相机像素精度=单方向视野范围大小/相机单方向分辨率。则相机单方向分辨率=单方向视野范围大小/理论精度。若单视野为5mm，理论精度为0.02mm，则单方向分辨率=5/0.02=250。然而为增加系统稳定性，不会只用一个像素单位对应一个测量/观察精度值，一般可以选择倍数4

7、或更高。这样该相机需求单方向分辨率为1000，选用130万像素已经足够。2.1.1.1.5（2）相机选取方法其次看相机的输出，若是体式观察或机器视觉软件分析识别，分辨率高是有帮助的；若是VGA输出或USB输出，在显示器上观察，则还依赖于显示器的分辨率，相机的分辨率再高，显示器分辨率不够，也是没有意义的；利用存储卡或拍照功能，相机的分辨率高也是有帮助的；2.1.1.1.5（3）相机选取方法考虑与镜头的匹配。传感器芯片尺寸需要小于或等于镜头尺寸，C