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機器視覺系統中相機的分類
工業相機作爲機器視覺系統中的核心部件,對(duì)于機器視覺系去外統的重要性是不言而喻的。按照分類的不同,相機又分爲很多種(zhǒng):
1、彩色相機、黑白相機:
黑白相機直接將(jiāng)光強音也信号轉換成(chéng)圖像灰自愛度值,生成(chéng)的是灰度圖像;彩色相機能(師現néng)獲得景物中紅、綠、藍相在三個分量的光信号,輸出彩色圖像。彩色相機能(néng友理)夠提供比黑白相機更多的圖像信息。彩色相機的實現方法主要有兩(鄉可liǎng)種(zhǒng),棱鏡分開熱光法和Bayer濾波法。棱鏡分光彩色相機,離音利用光學(xué)透鏡將(jiāng)入射光線的R、G、B但鄉分量分離,在三片傳感器上分别將(jiān風見g)三種(zhǒng)顔色的光信妹說号轉換成(chéng)電信号,最後(hòu)對(duì)輸出的數字信号進(j話能ìn)行合成(chéng),得到彩色圖像。
2、CCD相機、CMOS相機
芯片主要差異在于將(jiāng)光轉換些話爲電信号的方式。對(duì)于CCD傳感器,光照射到像元上,像元産生電荷,電呢玩荷通過(guò)少量的輸出電極傳輸并轉化爲電流、緩沖、信号輸出。對(d坐有uì)于CMOS傳感器,每個像元自己完成(chéng)電荷到腦跳電壓的轉換,同時(shí)産生數字信号。
3、按靶面(miàn)類型分類:面(miàn)陣相機、線陣相機
相機不僅可以根據傳感器技術進(jìn什電)行區分,還(hái)可以根據傳感器架構進(jìn)行區分。有兩(li路子ǎng)種(zhǒng)主要的傳感器架構:面(mià用哥n)掃描和線掃描。面(miàn)掃描相機麗路通常用于輸出直接在監視器上顯示的場合。線掃描相機用于連續運動物體成(chén技國g)像或需要連續的高分辨率成(chéng)像的場合。線掃如又描相機的一個自然的應用是靜止畫面(miàn)(Web Inspectio紙票n)中要對(duì)連續産品進(jìn)行成(chéng)像,比如紡織、紙張村農、玻璃、鋼闆等。同時(shí),線掃描相機同樣(yàng)适用于電子算鐵行業的非靜止畫面(miàn)檢測。像德國(guó)Kapp服老a相機根據它CCD的規格也會(huì)有線陣、面(miàn)陣之分民相。
4、按輸出模式分類:模拟相機、數字相機
根據相機數據輸出模式的不同分爲模拟相機和數字相機,模拟相機輸出模拟信号,數字這刀相機輸出數字信号。模拟相機和數字相機還(hái)可以進(jìn)一步細分,比海會如德國(guó)Kappa相機按森拿數據接口又包括:USB 2.0接口、EE 139船他4 a / Fire Wire、Ca我裡mera Link 接口、千兆以太網接口少區。模拟相機分爲逐行掃描和隔行掃描兩(liǎng)種師學(zhǒng),隔行掃描相機又包含EIA、NTSC、日中CCIR、PAL等标準制式。有關接口技術黑刀的詳細介紹請參考采集卡及采集技術部分。
在選擇一款工業數字相機時(shí),物你這體成(chéng)像的速度必須充分考慮好(hǎ火土o)。例如,假設在拍攝過(guò)程中,物體在曝光中沒(méi)有移動內明,可用相對(duì)簡單和便宜的工業相影是機;對(duì)于靜止或緩慢移動的物體,面(mi輛區àn)陣工業相機最适合于對(du短做ì)靜止或移動緩慢的物體成(chén睡西g)像。因爲整個面(miàn)陣區域必須一次曝光時月,在曝光時(shí)間當中任何的移動會(huì)導緻圖像的模糊,但是刀物,運動模糊可以通過(guò)減少曝光時(shí)間或使金電用閃光燈來控制;對(duì)于快速移動的物體,當對(duì)運動子服的物體使用一個面(miàn)陣工業相機時(shí),需要考慮在曝光小中時(shí)間當中處于工業相機當中的運動對(d了科uì)象數量,還(hái)需要考慮物體上能(néng)用一個像素表征的最小請雨特征,也就(jiù)是對(duì)象分辨率,在采集運動物體的圖像相她的拇指規則就(jiù)是曝光必須白可發(fā)生在采集物體移動量小樹笑于一個像素的時(shí)間内。如果你采集快離的物體是在以1厘米/秒的速度勻速移放又動,而且物體分辨率已經(jīng)設置爲1 pixel/mm,那麼(me)需要輛高的最大曝光時(shí)間是1/1水房0每秒。因爲物體移動一個距離恰好(hǎo)等于相機傳感器中的那又一個像素,當使用最大曝光時(shí)間時(shí)這(z舊市hè)裡(lǐ)會(huì)有一定數量的模糊。在和文這(zhè)種(zhǒng)情況下,一般傾向(x我到iàng)于將(jiāng)曝光時(家訊shí)間設置的比最大值要快,比如1/20每秒,就(jiù)能(né花錯ng)保持物體在移動半個像素内成(chéng)像。如果同樣(女算yàng)的物體以1厘米/秒的速度移動,物體分辨率爲1 pix朋熱el/微米,那麼(me)一秒中所需要的最匠身大曝光是1/10000.曝光設置的對(duì)快取決于所采用的相機,還(há市鐘i)有你是否能(néng)夠給物體足夠的光來獲得一幅好(hǎo)的圖像對雨。
怎麼(me)計算鏡頭的放大率
不同類型的數碼相機鏡頭都(dōu)有系列的具有自身特征的技術規格相門(這(zhè)可由相關鏡頭的規格說(shuō)問近明書查到),在這(zhè)裡(lǐ)要介紹其中我們攝影常提城動到的而且應當理解的“最近對(duì)焦距離”和技廠“最大放大倍率”這(zhè)兩(li車些ǎng)個技術規格參數,至于鏡頭的其它的技術規格參數以後(hòu)介紹。地區
在我的理解裡(lǐ)主要和焦距與最近對(duì)焦距離相關如下圖:
CCD視覺系統如何确定所需工業鏡頭的焦距-深圳市視清科兵紙技有限公司
爲特定的應用場合選擇合适的工業鏡頭時(shí)北報必須考慮以下因素:
• 視野 - 被(bèi)成(chéng)像區域西麗的大小。
• 工作距離 (WD) - 攝像機鏡頭與被(bèi)觀察物體或區域之東空間的距離。 
• CCD - 攝像機成(chéng)像傳感器裝置的尺寸。笑麗

• 這(zhè)些因素必須采取一緻的方式對(du費花ì)待。如果在測量物體的寬度,則需要使用水平方向(xiàng)的 藍這CCD 規格,等等。如果以英寸爲單位進(jìn)行測量,話舞則以英尺進(jìn)行計算,最後(hòu)再轉換爲毫米。




參考如下例子:有一台 1/3” C 型謝城安裝的 CDD 攝像機(水平方向(xiàng)爲 西國4.8 毫米)。物體到鏡頭前部的距件們離爲 12”(305 毫米)。視野或物體什土的尺寸爲2.5”(64 毫米)。換算系下化數爲 1” = 25.4 毫米(經(jīng車得)過(guò)圓整)。
 
FL = 4.8 毫米 x 305 毫米 / 64 毫空姐米
FL = 1464 毫米 / 6照高4 毫米
FL = 按 23 毫米鏡頭的要求
FL = 0.19” x 12” / 2.5”
FL = 2.28” / 2.5”
FL = 0.912” x 25.4 毫米和內/inch
FL = 按 23 毫米鏡頭的要開做求
注:勿將(jiāng)工作距離與物民歌體到像的距離混淆。工作距離是從鏡爸笑頭前部到被(bèi)觀察物體之間的開拿距離。而物體到像的距離是 CC他用D 傳感器到物體之間的距離。計算要求的鏡頭焦距時(shí),必空畫須使用工作距離。

機器視覺方案中如何選擇工業鏡頭

在一個機器視覺項目中,工業鏡頭是其中一個重要組成(ché開事ng)要素,那麼(me)在确定一個機器不弟視覺方案時(shí),我們應當怎樣(yà得區ng)選擇工業鏡頭呢。


1、明确客戶機器視覺方案中所要求的鏡頭視野範圍、光學(x化作ué)倍率及工作距離

在進(jìn)行工業鏡頭的選擇時(shí),通常會(huì)選車說擇比被(bèi)測物體視野稍大一點的鏡頭,以有利于運動控制。


2、景深要求:

于景深的要求,要盡可能(néng)使用小的光圈;對(duì)于放綠匠大倍率的選擇,在項目許可下盡可能(n不器éng)選用低倍率工業鏡頭。如果項目要求比較鄉業嚴苛時(shí),傾向(xiàng)選擇高景深的尖端工銀匠業鏡頭。


3、相機芯片尺寸和相機接口:

每款鏡頭都(dōu)有匹配的相機接口和芯片尺寸規格,例如2/3明做”工業鏡頭支持最大的工業相機耙面(miàn)爲2/3”,它是不如業能(néng)支持1”以上的工業相機。


4、注意與光源的配合,選配合适的工業鏡頭

不同規格的鏡頭也有與之匹配的光源可供選理遠擇。


5、客戶的安裝環境:
在方案可選擇情況下,讓客戶更改設備尺寸是不現實的,可以視金根據需求選擇光學(xué)參數相近,尺術可寸大小不同的鏡頭。
什麼(me)是機器視覺系統-深圳市視清科技有限公司

    &低木nbsp;  機器視覺技術是計算機學(黑匠xué)科的一個重要分支,它綜合了光學(xué)、機械、電子、站什計算機軟硬件等方面(miàn)的技術,涉及到票明計算機、圖像處理、模式識别、人工智能(néng)、信号處理、光機電師雪一體化等多個領域。自起(qǐ)步發(fā)展至今,已經(jīn體錯g)有20多年的曆史,其功能(néng)以及應用範圍随著(zhe)工業自少一動化的發(fā)展逐漸完善和推廣,其中特别是目前遠中的數字圖像傳感器、CMOS和CCD攝像機、DSP、門飛FPGA、ARM等嵌入式技術、圖像處理和模式識别等技術的快速發(fā)展那書,大大地推動了機器視覺的發(fā)展。


    &n是校bsp;  簡而言之,機器視覺就(jiù)是利用機器代替人眼來作各種(z木文hǒng)測量和判斷。在生産線上,人來做此類測量和判斷會(hu腦報ì)因疲勞、個人之間的差異等産生誤差和錯誤,但是機器卻服外會(huì)不知疲倦地、穩定地進(jìn)行下去。一般來說(s知新huō),機器視覺系統包括了照明系些爸統、鏡頭、攝像系統和圖像處理系統。對(duì)于每一個應用,我們都(dō區國u)需要考慮系統的運行速度和圖像的處理速度、金金使用彩色還(hái)是黑白攝像機、檢測目标的尺寸還(hái)是檢測目你吧标有無缺陷、視場需要多大、分辨率需要多高讀分、對(duì)比度需要多大等。從功能(néng)上來看,典鐘秒型的機器視覺系統可以分爲:圖像采集部分、圖像處理訊慢部分和運動控制部分。


 一個完整的機器視覺系統的主要工作過(guò)煙制程如下:
      &nb日就sp;1、工件定位檢測器探測到物體已經(jīng)運動至接近攝像系統的視野中上事心,向(xiàng)圖像采集部分發(fā)送觸黃件發(fā)脈沖。
       市鐵;2、圖像采集部分按照事(shì)先設定的程序和延時(sh報都í),分别向(xiàng)攝像外農機和照明系統發(fā)出啓動脈沖。 
     從購;  3、攝像機停止目前的掃描,重新開(kāi)道金始新的一幀掃描,或者攝像機在啓動脈沖來到之前處于匠對等待狀态,啓動脈沖到來後(hòu)啓動一幀掃描。 
     上到;  4、攝像機開(kāi)始新的一幀兵雜掃描之前打開(kāi)曝光機構,曝光時(shí)間可以事(s低也hì)先設定。
    &n亮煙bsp;  5、另一個啓動脈沖打開(kāi)燈白光光照明,燈光的開(kāi)啓時(shí)間應該與攝像機的曝光時(銀關shí)間匹配。 
       6、攝像機曝光後(hòu),正式開(kā化服i)始一幀圖像的掃描和輸出。&n醫你bsp;
      &n坐見bsp;7、圖像采集部分接收模拟視頻信号通過(刀要guò)A/D將(jiāng)其數字化,或者是直接接收攝但地像機數字化後(hòu)的數字視頻數據。 
       8、圖像采集部分將(jiāng)數字圖像存放在處理器或計算那鐘機的内存中。 
     來也  9、處理器對(duì)圖像進(jìn)行處理、分析、識别,獲得空報測量結果或邏輯控制值。

    &n上姐bsp;  10、處理結果控制流水線的動作、進(jìn)土但行定位、糾正運動的誤差等。


     謝放;  從上述的工作流程可以看出,機器視覺是一種(zhǒn吃筆g)比較複雜的系統。因爲大多數系統監控對筆朋(duì)象都(dōu)是運動物體,系統與運動物體的匹配和協調動作尤爲重服雪要,所以給系統各部分的動作時(shí鄉我)間和處理速度帶來了嚴格的要求。在某些應店樂用領域,例如機器人、飛行物體導制等,對(duì)整個吧火系統或者系統的一部分的重量、體花資積和功耗都(dōu)會(huì)有嚴格的要求。 


機器視覺系統的優點有: 
       1、非接觸測量,對(duì)于觀測者與被(南務bèi)觀測者都(dōu)不會(huì)産生任何損傷,從而提報坐高系統的可靠性。 
      &nb間道sp;2、具有較寬的光譜響應範圍,例如使用人眼看劇吃不見的紅外測量,擴展了人眼的視覺範圍。 

     喝新  3、長(cháng)時(shí)間穩定工作,人類難以長(cháng)時(sh新人í)間對(duì)同一對(duì)象進(jìn)行觀頻機察,而機器視覺則可以長(cháng)時(shí)間草內地作測量、分析和識别任務。


    &nb用拍sp;  機器視覺系統的應用領域越來越廣泛。在工兵腦業、農業、國(guó)防、交通、醫療、金舞放融甚至體育、娛樂等等行業都(dōu)金分獲得了廣泛的應用,可以說(shuō)已經(jīng)深入到司區我們的生活、生産和工作的方方面(miàn)面對著(miàn)。
相機鏡頭清潔方法攻略

       工業鏡頭是工業相機的“眼讀日睛”,保持鏡頭的潔淨才能(néng)獲得清晰的影像質量,在相科對機工作時(shí),鏡片上難免服城會(huì)沾有手印、灰塵等污漬,如不及時(shí)清理紙做,甚至會(huì)侵蝕鏡片上的塗層。在清潔麗公鏡片上的灰塵時(shí),應遵循吹、刷、擦的操作順序。


工具/原料
       筆說;組合一,氣吹+毛刷+超微無紡明市鏡頭紙。
      &生短nbsp;組合二,氣吹+毛刷+超級細自生纖維鏡頭布+專業清潔液。
       組合三,除塵壓縮氣罐+超級細纖維鏡頭布+專業清潔液+短棉棒是一。
 
步驟/方法
       1.用氣吹或除塵壓縮氣罐將(jiān拍日g)大的灰塵顆粒吹離鏡片; 
      &友近nbsp;2.使用毛刷,從上到下輕輕刷去媽器塵埃;
      &nb月理sp;3.如果遇到較頑固的污漬,需用超微無紡鏡頭紙或超級細腦自纖維鏡頭布按照螺旋向(xiàng)外的順序由我暗中心向(xiàng)四周擦拭;

       4.對(duì)于變焦環、對(duì)焦環等可以移動的部分吃業邊緣,以及鏡頭上的開(kāi)關按鈕等位置,使用短刀錢棉棒蘸取少量鏡頭清潔液擦拭。


注意事(shì)項:
    &nb刀短sp;  1.采用低端材質的鏡頭紙、鏡頭布等,不但其自身會(huì)産鄉雜生灰塵或掉毛,還(hái)能(néng)將(姐分jiāng)其他灰塵留存在本身,當反複擦拭,會(huì)給鏡頭玻璃造成藍離(chéng)劃痕。
     放子  2.采用劣質橡膠的氣吹容易出現老化,并發(fā)生粘連情況,有歌鐘些在成(chéng)型制造中,使用滑石粉脫模成(ch他一éng)型工藝,這(zhè)樣(yàng)會(huì)將看黑(jiāng)原有的粉塵吹入被(bèi)清潔部筆西位,勢必對(duì)器材造成(chéng)二次污染。
       3.通常的污漬可以用超微無紡鏡那她頭紙或者超級細纖維鏡頭布直接擦拭;如果遇到很頑固的污我黃漬,就(jiù)要配合專業清潔液一道(文如dào)擦拭。
CCD和CMOS的區别-深圳市視清科技有限公司

      &nbs煙體p;CCD和CMOS在制造上的主要區别是科畫CCD是集成(chéng)在半導體單晶材料上森視,而CMOS是集成(chéng)在被(bèi)稱做金屬氧化物的半導湖答體材料上,工作原理沒(méi)有本質的區别。CCD隻有少數幾個老黃廠商例如索尼、松下等掌握這(zhè)種(zh白內ǒng)技術。而且CCD制造工藝較複雜,采用CCD的攝像頭價格都(算區dōu)會(huì)相對(duì)比微亮較貴。事(shì)實上經(jīng近好)過(guò)技術改造,目前 CCD和CMOS的實際效果的司是差距已經(jīng)減小了不少。而且CMOS的制造少討成(chéng)本和功耗都(dōu)要低于CCD不少,所以很多攝像頭生電白産廠商采用的CMOS感光元件。成(chén人用g) 像方面(miàn):在相同像素下CCD的成(chéng金多)像通透性、明銳度都(dōu)很好(hǎo)費司,色彩還(hái)原、曝光可以保證基本準确。而CMOS的産街得品往往通透性一般,對(duì)實物的色彩還(hái)原能商現(néng)力偏弱,曝光也都(dōu)不太好(hǎo),由于自身物理間去特性的原因,CMOS的成(chéng)像體道質量和CCD還(hái)是有一定距離的。但由于低廉的價格以及高度的議筆整合性,因此在攝像頭領域還(hái)是得到了廣泛的應用。


       CCD是目前月做比較成(chéng)熟的成(chéng)像器件樹可,CMOS被(bèi)看作未來的成(chéng)像器件。因爲CMOS結紅湖構相對(duì)簡單,與現有的大裡時規模集成(chéng)電路生産工藝件老相同,從而生産成(chéng)本可以降低。從原理上,CMOS的信号是以女我點爲單位的電荷信号,而CCD是以行爲單位的電流信号,前爸店者更爲敏感,速度也更快,更爲省窗醫電。現在高級的CMOS并不比一般CCD差,但是CMOS工藝還化的(hái)不是十分成(chéng)熟,普通的CMOS一般分裡遠辨率低而成(chéng)像較差。


      &業家nbsp;CCD或CMOS,基本上兩(liǎng)者都(dōu)是利用矽感喝他光二極體(photodiode)進(jìn)行光與電報筆的轉換。這(zhè)種(zhǒng)轉換的原理與各位手上具備“太陽電能訊兒(néng)”電子計算機的“太陽能(néng)近去 電池”效應相近,光線越強、電力越強;反之,光線越弱、電力還就也越弱的道(dào)理,將(jiāng)光影像轉換爲頻南電子數字信号。


       比較CCD和CMOS的結又湖構,ADC的位置和數量是最大的不同。弟話簡單的說(shuō),按我們在上一講“CCD 感光元件的工作黑舞原理(上)”中所提之内容。CCD每曝就妹光一次,在快門關閉後(hòu)進(jìn)行下去像素轉移處理,將(jiāng)每一行中每一個像素(pixel)的電都門荷信号依序傳入“緩 沖器”中,由底端的線路引導輸出至CCD 旁的放大器進(jì外慢n)行放大,再串聯ADC輸出;相對(d黃校uì)地,CMOS的設計中每個像素旁就(jiù)直接連著(男下zhe)ADC(放大兼類比數字信号轉音草換器),訊号直接放大并轉換成(ch金志éng)數字信号。


兩(liǎng)者優缺點的比較

CCD與CMOS

     樂頻;  由于構造上的基本差異,我們可以列出兩(liǎng)者視務在性能(néng)上的表現之不同。CCD的特色在于充分保持作校信号在傳輸時(shí)不失真(專屬通道(dào)設計),透過(guò)視小每一個像素集合至單一放大器上再做統一愛個處理,可以保持資料的完整性;CMOS的制程較簡單,沒(méi)有專屬通道(d女現ào)的設計,因此必須先行放大再整放森合各個像素的資料。


       整體少南來說(shuō),CCD與CMOS兩(liǎng)種(空通zhǒng)設計的應用,反應在成白南(chéng)像效果上,形成(chéng)包括ISO感光度、這短制造成(chéng)本、解析度、噪點與耗電量等,不同類型的為月差異:

       ISO感光度差異:由體裡于CMOS每個像素包含了放大器與A/D轉換電路,過(guò)多的做關額外設備壓縮單一像素的感光區域的表面子北(miàn)積,因此相同像素下,同樣行訊(yàng)大小之感光器尺寸,CMOS兒亮的感光度會(huì)低于CCD。

     匠自;  成(chéng)土店本差異:CMOS應用半導體工業常用的MOS制程,可以一次整合他不全部周邊設施于單晶片中,節省加工晶片所需數化負擔的成(chéng)本和良率的損失說去;相對(duì)地CCD采用電荷傳遞的方式輸出資訊,必須東務另辟傳輸通道(dào),如果通道(dào)中服我有一個像素故障(Fail),就(jiù)會(huì)導緻一整排的門風訊号壅塞,無法傳遞,因此CCD的良率比CM你秒OS低,加上另辟傳輸通道(dào)和外加ADC等周邊,友地CCD的制造成(chéng)本相對(duì)高于CMOS。

       解析度差在湖異:在第一點“感光度差異”中,由于CMOS每個像素的結構比CC村我D複雜,其感光開(kāi)口不車這及CCD大,相對(duì)比較相同尺寸的CCD與CMOS感光器微黑時(shí),CCD感光器的解析度通常會(huì)優于CMOS。不過頻區(guò),如果跳脫尺寸限制,目前業界的CMOS感光原件已經(jīng)可街畫達到1400萬像素/全片幅的設計,CMOS技術在量率上的優勢可她草以克服大尺寸感光原件制造上的困難,特别是全片幅24mm-國遠by-36mm這(zhè)樣(yàng)的大小。

    &nbs鄉費p;  噪點差異:由于CMOS每個感光二極體旁都(dōu)搭是也配一個ADC放大器,如果以百萬像素計,那在請麼(me)就(jiù)需要百萬個以上的ADC放大器,雖然是統一舊去制造下的産品,但是每個放大器或多或少都(dōu)有些微的差異存木土在,很難達到放大同步的效果,對(duì)比單一個放大器的CCD,CMO體舞S最終計算出的噪點就(jiù)比較多吧報。

      &nb放了sp;耗電量差異:CMOS的影像電荷驅動方式爲主動式,感光二極體所産生的公農電荷會(huì)直接由旁邊的電晶體做放大輸出;但CCD卻爲多議被(bèi)動式,必須外加電壓讓每個像素中的劇笑電荷移動至傳輸通道(dào)。而這(zhè)外加電壓通常需要12伏特制現(V)以上的水平,因此CCD還(há畫妹i)必須要有更精密的電源線路設計姐市和耐壓強度,高驅動電壓使CCD的電量遠高于CMOS。