机器人视觉基础范例.ppt

工业机器人固定安装相机 工业机器人相机安装方式 移动式 固定安装 工业机器人单相机校正 工业机器人多相机测量 工业机器人垂直视觉校正 定位应用 工业机器人三维视觉识别 工业机器人运动视觉追踪定位 偏光技术应用实例 照明技术：防外乱光技术应用 机器视觉系统组件——镜头 镜头 成像尺寸 焦距与视场角 焦距与视场角 例如： 使用HV1303UM 拍摄视野为440mm*330mm 拍摄距离为2500mm 常用公式 放大率 物距 像距 焦距 物高 像高 镜头分辨率 分辨率单位：lp/mm 影响因素： 镜头结构、材质、加工精度 镜头的相对孔径越大，分辨率越高 光波长度，波长越短分辨率越高 视场中心较边缘分辨率高 同档次的固定焦距镜头较变焦镜头分辨率高 短焦镜头一般边缘分辨率较中心低，长焦镜头一般中 心较边缘分辨率低。 理想光学系统的最小分辨距离 b = (0.61λ)/nsinωmax 其中，λ为光的波长 n为像空间介质折射率 ωmax为像方孔径角 当镜头对无限远成像，且像方为空气时（近似计算公式） b = 1.22 λF 其中，F为光圈数 远心镜头 镜头选型 分辨率 焦距 光圈 景深 成像尺寸 视场角 远心 畸变 机器视觉系统组件——工业摄像机 工业摄像机 工业摄像机分类 按不同芯片类型划分： 1、CCD摄像机 2、CMOS摄像机 CCD Sensor—Full Frame Array Sensor Output (Amplifier) Serial readout register 优点：填充因子(fill factor)可以达到非常高，甚至达到100%。 这样Sensor灵敏度非常大。 缺点：由于传输和读出使用的时钟相同，因此Sensor上面的部分 曝光时间比下面的长，这会造成Smear现象。为了解决这个问题， 必须使用机械快门或闪光灯。 CCD Sensor—Frame Transfer Sensor 解决了Full Frame Array Sensor发生Smear现象的问题 从感光部分转移到屏蔽存储区域的时间约为500us 优点：在曝光时间较长的情况下，Smear现象比Full Frame Array Sensor小很多 缺点：由于需要两个Sensor，因此成本非常高 Light sensitive CCD-sensor Shielded memory area Readout register ............................... CCD Sensor—Interline Transfer Sensors 转移时间约为1us，因此完全不存在Smear现象。 优点：由于转移时间非常短，因此不需要使用机械快门或闪光灯 缺点：由于屏蔽区占用了Sensor的部分面积，因此使得此种传感器填充因子只能在20%~70% 添加微镜头可以增加填充因子 Horizontal shift registers vertical shift register Shielded (Photo diodes) Sensor elements Output (Amplifier) Electronic shutter Micro Lenses Overflow Drain主要用来消除 CCD Sensor的Blooming现象 它也被用来实现电子快门 通过Micro Lenses可以将传感器 的填充因子提高。 CCD可以从80%提高到约100% CMOS可以从30%提高到约80% CMOS Sensor AOI 由于CMOS可直接访问单个像素， 因此在AOI非常小的情况下，CMOS 与CCD相比，帧率上有较大的优势。 CMOS Sensor甚至可以将A/D转换集成 到每个像素中去，在不使用AOI时帧率 上也有优势 CCD vs CMOS CCD CMOS 优 1.图像质量高 2.灵敏度高 3.对比度高 1.体积小 2.片上数字化 3.很多片上处理功能 4.低功耗 5.没有Blooming现象 6.直接访问单个像素 7.高动态范围（120dB） 8.帧率可以更高 劣 1.Blooming 2.不能直接访问每个像素 3.没有片上处理功能 1.一致性较差 2.光灵敏度差 3.噪声大 CCD vs CMOS CCD CMOS 串行处理 并行处理，可直接访问单像素 线性度好 高动态范围 低噪声 存在固定模式噪声 功耗一般 功耗较低 集成度较低 高集成度，芯片上集成了很多功能 Interlaced Scan vs Progressive Scan Interlaced Scan Progressive S