机器视觉系统概述.ppt

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 Scan Rolling Shutter vs Global Shutter Rolling Shutter Global Shutter 彩色摄像机 1.Bayer 2