《智能视觉技术应用》教案 项目1 智能视觉系统的硬件.docx

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课题

智能视觉系统的硬件

课时

6课时（270min）

教学目标

知识技能目标：

（1）了解工业相机的分类及参数

（2）了解工业镜头的分类及参数

（3）了解光源的分类及参数

（4）能合理选择工业相机

（5）能合理选择工业镜头

（6）能合理选择光源

素质目标：

（1）养成脚踏实地、好学上进、拼搏创新、科学严谨的工作作风

（2）践行服务集体、服从纪律、团结协作、顾全大局的团队精神

教学重难点

教学重点：工业相机的分类及参数，工业镜头的分类及参数，光源的分类及参数

教学难点：工业相机、工业镜头和光源的选择

教学方法

问答法、讨论法、讲授法、练习法

教学用具

电脑、投影仪、多媒体课件、教材

教学过程

主要教学内容及步骤

考勤

【教师】使用APP进行签到

【学生】班干部报请假人员及原因

任务导入

【教师】组织学生下载“任务工单——选择工业相机”，并根据任务工单进行分组和分工，然后思考以下问题：

（1）工业相机的类型有哪些？

（2）CCD相机和CMOS相机各有什么优缺点？

（3）工业相机的参数主要有哪些？

（4）在选择工业相机时，需要注意哪些问题？

【学生】下载任务工单、分组、分工、聆听、思考、回答

传授新知

【教师】通过学生的回答，引入新知，讲解工业相机的概念、组成、分类、参数和选择等知识

任务1.1认识工业相机

1.1.1工业相机概述

【教师】播放“工业相机与普通相机究竟哪里不同”视频（详见教材），并提出以下问题：

工业相机与普通相机究竟哪里不同？

【学生】观看、思考、举手回答

【教师】总结学生回答

工业相机是智能视觉系统的关键部件，主要负责将接收到的光信号转换为电信号并进行输出，其性能直接影响了系统所获得图像的质量。

【教师】利用多媒体展示“工业相机的组成”图片，并进行讲解

工业相机主要由相机芯片（图像传感器）、驱动与控制电路、传输接口、光学接口等组成，如图所示。

1.1.2工业相机的分类

工业相机根据选择维度与模块构成的不同，有诸多分类方式，常见的分类方式如下。

1．按输出信号格式分类

工业相机按输出信号格式的不同，可分为模拟相机和数字相机两种。

模拟相机输出的是模拟信号，需要配置专业的图像采集卡将模拟信号转换为可供计算机处理的数字信号。模拟相机通用性好、成本较低，但采集速度慢，在图像传输中容易受到噪声干扰，从而导致图像质量下降。因此，模拟相机多用于对图像质量要求不高的智能视觉系统中。

数字相机输出的是数字信号，其内部集成了模数转换器，可将模拟信号转换为数字信号。数字相机抗干扰能力强、分辨率高、视频信号格式多样、视频输出接口丰富，但所获得的图像缺乏层次感，后期维修成本较高。因此，数字相机大多用于非标准的、逐行的、较复杂的智能视觉系统中。

2．按图像传感器像素排列方式分类

工业相机按图像传感器像素排列方式的不同，可分为面阵相机和线阵相机两种。

面阵相机是一种可一次性获取图像并能及时进行图像采集的工业相机，其应用范围比较广，可用于面积、形状、尺寸、位置甚至温度等的测量。面阵相机可直接观测图像，并快速、准确地获取二维图像信息。

线阵相机是一种特殊的工业相机，只有一行感光元素，可对单行图像进行处理，或者对多行组成的一帧图像进行处理。线阵相机常用于需要连续检测或需要高精度扫描数据的场合，如印刷品、布匹等的检测。

3．按图像传感器类型分类

工业相机按图像传感器类型的不同，可分为CCD（chargecoupleddevice,电荷耦合器件）相机和CMOS（complementarymetaloxidesemiconductor,互补金属氧化物半导体器件）相机两种。

CCD图像传感器的构造类似于一个网络，每个像素都与一个电容相连，记录下来的光信号会被转换为电信号并逐行输出。CCD相机具有较高的光灵敏度和对比度，所获得的图像也比CMOS相机的更清晰、更细腻；但成本较高，信息读取方式复杂，不能直接访问单个像素单元。CCD相机广泛应用于屏幕检测、智慧交通、远程医疗等高端领域。

CMOS图像传感器的构造类似于一个由众多微型图像传感器构成的阵列，每个像素都对应一个转换电路，记录下来的光信号会被转换为电信号并逐个输出。CMOS相机体积小、功耗低、成本低，可直接读取阵列中的电信号并同时处理各像素的图像信息，信息读取速度是CCD相机的10倍以上，且具有更快的数据传输速率；但光灵敏度较低，噪声较大。CMOS相机广泛应用于安防监控、自动驾驶等领域。

【教师】利用多媒体展示“CCD相机和CMOS相机的工作原理”图片，并进行讲解

CCD相机和CMOS相机的工作原理如图所示。

【教师】随机邀请学生回答以下问题：

CCD和CMOS相机有哪些不同？

【学生】聆听、思考、回答

【