机器视觉系列—— Vision 基础知识(上).pdf

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机器视觉系列—— Vision 基础知识(上)

电子发烧友网论坛出品 机器视觉系列——Vision 基础知识(上) Power by 电子发烧友论坛 电子发烧友网论坛出品 第 1章节(上) 1.1 机器视觉简介与硬体介绍 1.1.1 前言 对于首次接触 「机器视觉」的朋友来说,对这个名词肯定有点陌生,所以我们先来简单介绍 一下这个专有名词。 「机器视觉」是泛指搭载视觉影像系统的检测设备,影像系统主要是由相机、镜头与光源等 光学仪器所建构而成的。利用这些检测器材广泛地投入各种应用,如产品的瑕疵检测 Inspection)、辨识产品外观 Recognition)与量测产品尺寸 Measurement),而视觉 对位 Alignment)与自动化做结合,搭配运动控制或机械手臂,可进行物料的定位与校正, 完成手眼协调的视觉伺服系统 Visual ServoSystem)。 图1.1- 搭载相机的机器手臂所构成的视觉伺服系统架构 机器视觉一直以来都受到相关产业的重视,这边列出几项机械视觉的特色:  安全性高  具备高解析度  拥有全检能力  资料重现性好  可降低人工成本  可搭配高速运动控制  可配合运动控制系统进行回馈控制(智慧型自动化) 目前使用机器视觉的领域非常广泛,与它相关的热门产业包括半导体、光电、机密工业与製 造业等,主要的应用是将这些技术导入产品检测与自动化生产,目的就是为了提升产能、增 加良率与减少人员配置。 接着,我们来简单的了解一些与机器视觉相关的专有名词: Power by 电子发烧友论坛 电子发烧友网论坛出品 影像系统 ImageSystem) 构成机器视觉最基本架构就是包含相机与镜头的影像系统,最重要的五个基本参数必须先弄 清楚: 图1.2- 影像系统的示意图 1. 感光元件大小 SensorSize):相机内部感光元件的尺寸 2. 工作距离 Working Distance):相机镜头前缘到物体表面的距离 3. 景深 Dept of Field):能维持影像距焦清晰的有效距离 4. 视野範围 FieldofView):相机所能撷取到物体的实际範围 5. 解析度 Resolution):指的是相机拍摄物体可辨识的最小尺寸,解析度越高,检测精度 也较好,表 示能从影像中获取有用的资讯越多 光圈 F) 用来表示所控制的光源进入镜头的总量,类似人类的瞳孔,光圈越大,表示能进入的光越多, 反之越少。镜头上都会标示最大光圈值,如标示值为「1:1.8」,表示该镜头的最大光圈值 为「1.8」,而数字越小,代表大光圈,反之越小。 图1.3- 不同F值所代表的光圈大小 焦距 f): 光通过镜头后匯集的点,该点到镜头之间的距离称为焦距。 Power by 电子发烧友论坛 电子发烧友网论坛出品 图1.4- 光通过凸透镜聚焦于一点 fromWikipedia) 放大倍率 M) 定义为影像与实体的比值,假设,表示拍摄到的影像只有实体的50%。 图1.5- 单镜面的光学成像塬理 fromWikipedia) 计算公式如下: 其中M表示放大倍数,do代表物距,ho代表实体大小,而d1代表像距,h1代表影像大小。 景深 Depthof Field): 定义为能维持影像距焦的有效距离。想得到一张「清晰」的影像,影像需在距焦範围内,景 深就是决定这个範围有多长。若发现取到的影像位于距焦区内只有部分是保存清晰,可能使 用的镜头景深过短,此时可将镜头光圈调小、或替换短焦聚的镜头,再不然就是将物距 do) 拉长,透过这叁种调整方式都有机会改善景深不足的现象。 Power by 电子发烧友论坛 电子发烧友网论坛出品 图1.6- 调整光圈来改善景深 1.1.2 相机 介绍以上的专有名词后,再来要介绍工业相机,它是构成影像系统最重要的光学元件之一, 成像塬理是透过内建的感光元件来吸收光线,转换成储存电荷,再将这些电荷传输到放大解 码器,经由类比数位转换后来呈现一张完整影像。 以扫描方式分类 相机的扫描方式可依据 SenorSize 类型分为 LineScan 与 Area Scan 两种:目前市售的 LineScan 相机,解析度有 1K 1024pixel)/2K/8K/16K,使用 LineScan 必需搭配运动扫 描才能获得一张完整的影像,适用于检测需求为大面积与高检测精度的应用。 图1.7- BaslerLineScan 相机感光元件 *2*4)

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