机器人视觉技术及应用教学课件（共8章）第3章 视觉系统硬件选型.pptxVIP

第3章 视觉系统硬件选型 熟悉机器视觉系统的主要硬件构成 掌握机机器视觉系统主要硬件的工作原理与性能 掌握机器视觉系统硬件解决方案的选型 能够对相机、镜头、光源的硬件选型进行性能指标公式计算 学会对一般工业应用进行视觉系统硬件方案选型 视觉系统硬件选型 工业相机介绍 镜头介绍 光源介绍 项目1 项目2 项目3 视觉系统硬件选型 1 工业相机介绍 1.1 1.3 1.5 1.4 1.2 工业相机介绍 工业相机选型 Sensor介绍 数据接口介绍 相机主要参数 视觉系统硬件选型 1.1 工业相机简介 机器视觉系统是由图像采集、图像处理以及信息综合分析处理三个模块构成。而工业相机则是机器视觉系统当中图像采集模块的核心部件，对于机器视觉系统选型来说是至关重要的。在工业相机选型时，也会涉及到相机的类型、定位、参数、传输接口、光学接口等各个方面的信息和内容。 1 引言 1.1 工业相机简介 一般来说，工业相机主要由图像传感器、内部处理电路、数据接口、IO接口、光学接口等几个基本模块组成。当相机在进行拍摄时，光信号首先通过镜头到达图像传感器，然后被转化为电信号，再由内部处理电路对图像信号进行算法处理，最终按照相关标准协议通过数据接口向上位机传输数据。IO接口则提供相机与上下游设备的信号交互，如可以使用输入信号触发相机拍照，相机输出频闪信号控制光源亮起等 2 工业相机简介 1.1 工业相机简介 结合工业相机构成的几大基本模块及不同的选型维度来看，工业相机一般可按以下标准分类： 传感器类型：面阵相机/线阵相机，彩色相机/黑白相机，CCD相机/CMOS相机等。 数据接口类型：网口相机/USB 3相机/万兆网口相机/Camera Link相机/CoaXPress相机等。 光学接口类型：C口/CS口/M12口/F口/M58口等。 1.2 Sensor介绍 目前，市面上主流的传感器厂商包括Sony，ONSemi，Gpixel，AMS等。机器视觉制造商将图像传感器与各具特色的硬件电路集成起来，开发了图像处理功能，为用户提供了丰富的选择。依据不同的分类标准，行业也针对不同类型的传感器做出了技术区分。 Sensor介绍 1.传感器类型 一般来说，相机传感器按元器件类型不同，可分为CCD（Charged Coupled Device，电荷耦合元件）和CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体元件）两类。 其中，CCD的工作原理是将光信号转换成电信号，并按顺序传送到一个共同输出结构，然后把电荷转换成电压，接着再将这些信号送到缓冲器并存储到芯片外。 而CMOS芯片是将光信号转化成电信号，并直接集成在芯片表面，因此电子元件能够快速地读取成像数据。一般来说，CMOS读取速度比CCD更快。 1.2 Sensor介绍 CCD与CMOS在不同的应用场景下各有优势。CCD由于其特有的工艺，具备低照度效果好、信噪比高、通透感强、色彩还原能力佳等优点，可广泛应用在屏幕检测、交通、医疗等高端领域中；但同时由于其成本高、功耗大也制约了其市场发展的空间。随着CMOS工艺和技术的不断提升，以及高端CMOS价格的不断下降，在机器视觉行业中，CMOS将占据越来越重要的地位。 对比项 CCD CMOS 设计技术 单一感光器 感光器连接放大器 灵敏度 较高 感光开口小，灵敏度低 成本 线路品质影响程度高，成本高 CMOS整合集成，成本低 解析度 连接复杂度低，解析度高 具有极高的解析度 噪点比 单一放大，噪点低 百万放大，噪点高 功耗比 需外加电压，功耗高 直接放大，功耗低 信息读取方式 需要外部电压控制，复杂 直接读取电流信号，简单 信息读取速度 较慢 是CCD的10倍以上 曝光方式 全局快门 卷帘/全局快门均有 1.2 Sensor介绍 2.快门类型 快门是一种用于控制感光元件或胶片曝光时间的机械装置。快门的工作原理是，为了保护相机内的感光元件或胶片不至于曝光，快门总是关闭的。设定好快门速度后，只要按下相机的快门释放钮，相机会在快门开启与闭合的时间内，让通过镜头的光线使相机内的感光元件或胶片获得正确的曝光。 1.2 Sensor介绍 传感器按曝光形式不同，分为全局快门（Global Shutter）和卷帘快门（Rolling Shutter）。一般来说，CCD传感器都是全局快门，CMOS传感器有全局快门和卷帘快门两种。 （1）全局快门是指整个芯片的每行像素全部同时进行曝光，每一行像元的曝光开始和结束时间相同。曝光完成后，数据开始逐行读出。相机传感器曝光、数据读出的时间长度一致，但结束数据读出的时刻不一致。 全局快门原理图 1.2 Sensor介绍 （2）卷帘快门是指芯片开始曝光的时候，每行均按照顺序依次开始曝光。第一行曝光结