机器视觉系统基本构成和各部基本原理课件

首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww机器视觉系统基本构成和各部机器视觉系统基本构成和各部件基本原理件基本原理北京凌云光视数字图像技术有限公司 蔡锐 首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww机器视觉（机器视觉（Machine Vision)机 器（Machine)视 觉（Vision)+机械运动控制觉(软件)视(硬件)包括光源、镜头、相机、图像采集卡等。机器视觉是一个系统的概念，运机器视觉是一个系统的概念，运用现代先进的控制技术、计算机用现代先进的控制技术、计算机技术及传感技术，表现为光机电技术及传感技术，表现为光机电的结合。的结合。凌云凌云凌云凌云公公公公司司司司的的的的口口口口号：号：号：号：“致力于为机器致力于为机器致力于为机器致力于为机器植植植植入入入入眼睛眼睛眼睛眼睛和大和大和大和大脑！脑！脑！脑！”首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww为什么要采用机器视觉为什么要采用机器视觉 节省节省节省节省时间时间时间时间 降低降低降低降低生产生产生产生产成成成成本本本本 优优优优化化化化物流物流物流物流过程过程过程过程 缩短缩短缩短缩短机器机器机器机器停停停停工工工工期期期期 提高生产提高生产提高生产提高生产率率率率和产品和产品和产品和产品质质质质量量量量 减轻减轻减轻减轻测试测试测试测试及检及检及检及检测人测人测人测人员劳动强员劳动强员劳动强员劳动强度度度度 减少减少减少减少不合不合不合不合格格格格产品的数量产品的数量产品的数量产品的数量 提高机器利用提高机器利用提高机器利用提高机器利用率率率率首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww机器视觉应用简介机器视觉应用简介GIGI(Gauge、Inspection、Guide、Identification)一、Gauge(Measurement)首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww机器视觉应用简介机器视觉应用简介二、Inspection(应用范围最广）首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww机器视觉应用简介机器视觉应用简介三、Guide 首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww机器视觉应用简介机器视觉应用简介四、Identification 首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww机器视觉原理简介机器视觉原理简介系统构成：首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww机器视觉原理简介机器视觉原理简介一、光源（光源是基准，打光是艺术）种类：LED、萤光灯、卤素灯（光纤光源)、特殊光源 Garbage In,Garbage OutGarbage In,Garbage Out特点：LED寿命长/可以有各种颜色/便于做成各种复杂形状/光均匀稳定/可以闪光；萤光灯光场均匀/价格便宜/亮度较LED高；卤素灯亮度特别高/通过光纤传输后可做成首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww光源选择的注意事项光源选择的注意事项 影响因素：相机的光谱响应特性、相机的光谱响应特性、LEDLED器件（颜色、发光角、器件（颜色、发光角、亮亮度、寿命等）、形状、打光方式（度、寿命等）、形状、打光方式（dark field,bright dark field,bright field,low angle,structure light)field,low angle,structure light)、辅助手段（偏光片、滤、辅助手段（偏光片、滤光片、漫射片等）光片、漫射片等）选择原则：满足应用、综合考虑；满足应用、综合考虑；理论分析理论分析+实验；实验；首 页末 页上一页下一页结结 束束机器视觉原理简介机器视觉原理简介二、镜头（低通滤波器，完成信号传递）接口形式：C-Mount/CS-Mount/F-Mount/Others 镜头类型：标准、远心、广角、zoom(变焦放大）、远摄/近摄等 选择依据：相机接口/物距/拍摄范围/CCD尺寸/畸变的允许范围/放大率/焦距/变焦范围/光圈等首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww接口接口主要有螺口和卡口两种螺口：0.75（M42/M58/M72等）、C/CS(32thread/inch)卡口：F口(Nikon)、Cannon、Petax等 首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww远心镜头远心镜头u在在测量系量系统中，物距常中，物距常发生生变化，从而使像高化，从而使像高发生生变化，化，所以所以测得的物体尺寸也得的物体尺寸也发生生变化，即化，即产生了生了测量量误差；差；u即使物距是固定的，也会因即使物距是固定的，也会因为CCDCCD敏感表面不易精确敏感表面不易精确调整在像平面上，同整在像平面上，同样也会也会产生生测量量误差。差。u采用远心物镜中的像方远心物镜可以消除物距变化带来采用远心物镜中的像方远心物镜可以消除物距变化带来的测量误差，而物方远心物镜则可以消除的测量误差，而物方远心物镜则可以消除CCDCCD位置不准带位置不准带来的测量误差。来的测量误差。首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww Standard LensTelecentric lens首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww远心镜头远心镜头 首 页末 页上一页下一页结结 束束机器视觉原理简介机器视觉原理简介三、相机（光电转换器，完成信号转换）种类：线&面、隔/逐、黑/彩、数/模、低/高、CCD/CMOS 指标：象元尺寸、分辨率、靶面大小、感应曲线、动态范围、灵敏度、速度、噪声、填充因子、体积、质量、工作环境等 工作模式：Free run、Trigger（多种）、长时间曝光等 代理公司：DALSA、JAI&PULNIX、C-CAM、IMPERX、Syntech等 A/DCCD首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww线扫描系统线扫描系统 EncoderLine triggerPage triggerSensor首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww工业面阵相机系统工业面阵相机系统 TriggerProximity sensor首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww机器视觉原理简介机器视觉原理简介Bining partial scan rolling shutter Global shutter interline/frame transfer/full frame 隔行/逐行监示器外触发串口通信时序不同的工作模式 首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww隔行隔行/逐行逐行 Vertical ccd registerHorizontal ccd registerShutterOddEvenPhoto diode(pixel)XsubXsg1Xsg2VideooutXsubVertical ccd registerHorizontal ccd registerShutterPhoto diode(pixel)Xsg1ProgressiveProgressiveInterlaceInterlaceMoving object首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww彩色相机 BlBubb=1/2(Bu+Bl)RlRurr=1/2(Ru+Rl)Blb Brb=1/2(Br+Bl)RrrRlr=1/2(Rr+Rl)BllBulbBlrBurb=1/4(Bur+Bul+Bll+Blr)RllRulrRlrRurr=1/4(Rur+Rul+Rll+Rlr)GlegGuGlGrg=1/4(Gu+Gr+Gl+Gle)RRRGBGBBGGGGRRRGGGBGBBGGRRRGGGBayer FilterBayer FilterCV-M77CV-M77True 3CCDTrue 3CCDTR-33TR-33首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww数字数字/模拟模拟 JAI CV-A1JAI CV-M77JAI CV-A33DALSA 1M75首 页末 页上一页下一页结结 束束wwwwCCD Format 1”format1/2”format2/3”format1/3”format12.8 mm9.3 mm16 mm8.8 mm6.6 mm11 mm6.4 mm4.8 mm8 mm4.4 mm3.3 mm6 mm16 mm11 mm8 mm6 mmDiagonal:Type 1Type 1/2Type 2/3Type 1/3ImagesizeSony:首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww外触发外触发 Edge Pre Select(EPS)Edge Pre Select(EPS)(fixed)ExposureVideo read outTriggeruu自触自触发发信号下降沿开始信号下降沿开始曝光曝光uu曝曝光光时间时间为为事事先先设设定定的的常数常数Pulse Width Control(PWC)Pulse Width Control(PWC)Video read outExposureTriggeruu自触发信号下降沿开始自触发信号下降沿开始曝光曝光uu曝光曝光时间时间由由触触发发信号信号脉脉宽宽控制控制Frame Delay Readout(FDR)Frame Delay Readout(FDR)uu自触发信号下降沿开始曝光自触发信号下降沿开始曝光uu曝曝光光时间时间为为事事先先设设定定的常数的常数uu延延迟迟输输出出至至下下一一触触发发信号信号的的下下降降沿沿Exposure(fixed)DelayVideo read outTriggerMoving object首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww多相机同时工作多相机同时工作 各各各各相机相机相机相机用用用用自己的自己的自己的自己的时钟时钟时钟时钟来来来来运行运行运行运行外外外外同同同同步步步步外外同同步步信号信号输输入入所所所所有有有有相机相机相机相机都都都都使使使使用用用用同同同同一一一一个个个个时钟时钟时钟时钟源源源源如如果果目目标标运运动动，则则会会出出现现图图像像位置位置不不一一致致现现象象,在在1 1个个H H内内所所有有图图像像位置位置都都非常非常一一致致Camera 1Camera 1Camera 2Camera 2Camera 3Camera 3Camera 1Camera 1Camera 2Camera 2Camera 3Camera 3首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww选型时主要考虑因素选型时主要考虑因素分辨率速度灵敏度体积/重量接口 首 页末 页上一页下一页结结 束束机器视觉原理简介机器视觉原理简介四、采集卡（完成信号的采集与格式转换完成信号的采集与格式转换）分类：模拟(标准和非标准）/数字、单通道/多通道 主要指标：采集频率（速度）、接口、Buffer大小、预处理功能、支持相机的种类、控制功能、I/O点数 代理公司：Dalsa、COGNEX、EURESYS首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww机器视觉原理简介机器视觉原理简介 Dalsa PC2visionEuresys Picolo pro2Dalsa X64CLEuresys Grablink首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww机器视觉原理简介机器视觉原理简介 相机配置文件（开放式的、非开放式的cognex）附加功能：LUT、DMA、Buffer、Pixel Resequenc Trigger-to-image Reliability等选择原则：接口（相机）、速度、可靠性等满足要求、软件平台、性价比等 首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww机器视觉原理简介机器视觉原理简介 RS-422/LVDS高速，可靠性高，传输距离远，支持多相机连接。管脚定义不统一，电缆成本高。Camera Link高速，高可靠性。不便于多相机连接和集中控制，电缆价格高。IEE1394灵活性高，成本低。传输距离短，可靠性低。USB2.0灵活性高，成本低。传输距离短，可靠性低，技术不成熟。Gigabit Ethernet灵活性高，可扩充性强，支持远距离传输，支持多点传输，技术成熟，鲁棒性强，成本低。首 页末 页上一页下一页结结 束束机器视觉原理简介机器视觉原理简介五、图像处理卡（五、图像处理卡（完成图像处理的各种运算完成图像处理的各种运算完成图像处理的各种运算完成图像处理的各种运算）种类：种类：DSPDSP、FPGAFPGA、PowerPCPowerPC首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww机器视觉原理简介机器视觉原理简介六、图像处理软件（机器视觉的核心机器视觉的核心）平台：VisionPro、Sapera、Wit、eVision 首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww机器视觉原理简介机器视觉原理简介选择及评估图像软件：选择：性价比、易维护性、现在条件约束、OEM商的长远发展；评估：速度、精度、可靠性（光照、旋转、遮盖、图像质量差、重复测量误差等）首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww机器视觉原理简介机器视觉原理简介机器视觉系统的分类：Smart Camera;PC-Based;Embeded；首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww机器视觉原理简介机器视觉原理简介系统评估及选型：精度速度可靠性精度：为什么要达到这么高的精度？高精度意味着高代价。系统的误差分配，系统精度、机台精度、控制传感精度，视觉部分的精度（分辨率、图像质量、安装精度、镜头、标定方法、算法、环境等）速度：总指标、控制部分、动作的配合及协调、通信速度、采集速度（硬件）、处理速度（计算机硬件、软件算法、图像质量等）可靠性：硬件的可靠性、软件算法的可靠性及稳定性、系统设计的可靠性等 首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww机器视觉系统设计过程机器视觉系统设计过程1、需求了解/分析/确认；（前期多沟通很重要）2、样品准备/测试；（需要客户密切配合）3、系统软/硬件选型；（保证性价比最好）4、系统开发设计；（严格按项目管理方法进行）5、现场试运行/大量测试；（必不可少，需要配合）6、系统的局部修改和完善；（往往耗时较多）7、系统验收；8、人员培训与系统维护；首 页末 页上一页下一页结结 束束wwww 谢谢大家！