➢ 测量 – 亚像素概念 ➢ 特征点 – 5x5 像素区域
校正
• 目标校正 ➢ 使用标准的圆点目标校正板 ➢ 镜头畸变补偿 ➢ 比例缩放 – 例如： 在1英寸视场内有1000 个像素 = 0.001”/像素 ➢ 重新标定变化的检测必要条件。(镜头，工作距离，光源等等)
• 比例缩放 ➢ 无变形补偿 ➢ 值=单位值/像素
模板 – Adaptive/Greyscale
➢ 训练 理想模式 ➢ 检测图像的不同部分 ➢ 结果 – 结果差异图像, blob数据, pass/fail
读取工具
➢ 条形码 (UPC, 128, 2 of 5, 等等) ➢ 数据点阵 ➢ （光学字符识别）OCR
➢ 训练字形库 ➢ 设置最小匹配率以及匹配字符
镜头
镜头兼容芯片尺寸和相机芯片尺寸关系
印刷和纸张检测
光学器件
• 标准镜头 ➢ 成本较低, 尺寸较小 ➢ 透视误差 ➢ 距离的改变会引起大小的改变 ➢ 畸变大 ➢ 较大的检测对象, 特征点检测, 测量相对差
光学器件
• 远心镜头 ➢ 成本较高, 体积较大 ➢ 无透视误差 ➢ 距离不改变大小 ➢ 畸变小 ➢ 较小检测对象, 精准测量
➢ 多个ROI ➢ 通过百分比、数量检测 ➢ 结果 – 亮度, 像素数量, pass/fail
特征检测 – Blob 分析
➢ 多个ROI ➢ 外形过滤(面积，高度，宽度等) ➢ 结果 – blob序列, blob数量, pass/fail
模式匹配
➢ 训练 理想模式 ➢ 查找最佳匹配 ➢ 结果 – 定位, 匹配率, pass/fail
纯白 = 255 中等灰度 = 128 纯黑 = 0
CCD & CMOS
填充因数
系统干扰
响应速度 动态范围 建模 速度 图像质量 耗电性能
CCD
高
低 中等
高 快，质量高 中等偏高
高
中等
CMOS
中等 中等
稍快 中等 差 较高
一般
稍微少于CCD
镜头
➢分辨率 ➢焦距 ➢景深 ➢兼容芯片尺寸 ➢远心 ➢畸变
1.长距离传输线缆价格 稍贵
GigE 1000Mbps
Ethernet 100Mbps
100m
100m
1.易用，价格 低，多相机
2.传输距离远 ，线缆价格低
3.标准GigE Vision协议
1.易用， 价格低 2.传输距 离远，线 缆价格低
1.CPU占用高 2.对主机配置
要求高 3.有时存在丢
包现象
频闪灯； ➢ 运行成本低、寿命长的LED，会在综合成本和性能方面体现出更大
的优势； ➢ 可根据客户的需要，进行特殊设计。
光源
两种常见正向打光方式
暗视野
亮视野
光源
两种常见正向打光方式
亮视野
暗视野
光源
低角度
光源
前向光
照明光源
光源
背光
光源
照射物
白色光
(混合色 )
蓝色
其它颜色 被吸收
光源 被检测零件特征
原理是在灯泡内注入碘或溴等卤素气体，在高温下，升华的钨丝与卤素进行化学 作用，冷却后的钨会重新凝固在钨丝上，形成平衡的循环，避免钨丝过早断裂。因此 卤素灯泡比白炽灯更长寿。
卤素灯供电电压通常分为交流220V和直流12V两种。 例子：氙气灯泡
光源
LED光源的优势
➢ 可制成各种形状、尺寸及各种照射角度； ➢ 可根据需要制成各种颜色，并可以随时调节亮度； ➢ 通过散热装置，散热效果更好，光亮度更稳定； ➢ 使用寿命长（约3万小时，间断使用寿命更长）； ➢ 反应快捷，可在10us或更短的时间内达到最大亮度； ➢ 电源带有外触发，可以通过计算机控制，起动速度快，可以用作
机器视觉基础知识
机器视觉技术示意图
触发信号
获取图像
图像处理
sensor PLC
Robot
输出
Digital output Serial out TCP/IP out Ethernet I/P
Field Bus
机器视觉系统概述
成像系统 ➢ 相机， 光学部件，光源 ➢ 目标 – 特征部分与“背景”形成高反差的图像 ➢ 校正 & 比例缩放
特征检测
多出/缺损特征以及缺陷检测 方法…
➢ 灰度分析 ➢ 灰度百分比 ➢ 像素统计
➢ Blob 分析 ➢ 灰度像素聚合 ➢ 通过大小以及外形过滤
➢ 模式匹配 ➢ 模板匹配 (可训练) ➢ 结果 – 条形码, 字符读取（OCR）等
特征检测 – Average Intensity/Contrast
视觉应用建立的基本思路
➢ 前期评估：拿到检测样品、要求。根据要求在实验室得 到图像做出基本思路程序以及得出可行性结果。
➢ 中期制作：根据前期评估制作出项目需要的硬件不见以 及利用视觉分析软件编辑可用出可用检测程序。
➢ 后期调试运行：到现场根据情况安装设备，进行后期调 试运行。
编程详细思路：
➢ 选择/设定触发方式 ➢ 获取图像 ➢ 图像检测项目确认 ➢ 工具原点定位 ➢ 检测、测量、模板对比等检测方法 ➢ 得到结果做出分析 ➢ 根据要求结果输出（数字I/0、串口、网口）
1.价格高
Usb2.0 480Mbps
5m 1.易用 2.价格低 3.多相机
1.无标准协 议
2.CPU占用高
1394a 400Mbps
1394b 800Mbps
4.5m
4.5m
1.易用，价格低，多相 机
2.传输距离远，实际线 缆可达到17.5m，光纤传
输可达100m 3.有标准DCAM协议
4.CPU占用最低
光学器件
镜头
光学器件
标准镜头
远心镜头
镜头
景深
印刷和纸张检测
光源
目的
➢ 将被测物体与背景尽量明显分别，获得高品质、高对 比度的图像。
重要性 ➢ 直接影响处理精度和速度，甚至系统的成败。
光源
• 目标 – 高对比图像! ➢ 最明显的检测特征点 ➢ 最不明显的“背景”和干扰
• 打光注意事项 ➢ 被检测零件的特征 ➢ 打光技术 ➢ 彩色效果
吸收
反射
传递
漫反射
镜面反射
光源 打光技术
明视场
暗视场
背光
Dome 光
结构光
同轴光
光源 案例
明视场
Dome 光
光源 彩色效果
白光得到各颜色
RV
O
B
YG
单色图像
滤光镜
偏振 ➢用于减少闪烁 ➢塑料或者玻璃
交叉偏光镜
偏光镜
滤光镜应用
无滤色镜
红色滤色镜
绿色滤色镜
相机
工业相机有多种类型
常见的分类方式如下
图像增强 – 亮度级别/二值化
✓ 全部或者部分图像 ✓ 平衡亮度级别的不一致 ✓ 创建黑白图像 ✓ 结果 – 改良后的图像
优化工具运行速度，节约检测时间，实现精确定位检测 方法…
➢ 边缘定位 ➢ Blob定位 ➢ 模式匹配
定位 – Origin 工具
➢ 1 到 3 个ROI ➢ 单点
➢ 中心功能 ➢ 结果 - X, Y, 以及角度
灰度
• 灰度像素深度 ➢ 转换光亮度级别成可测量信号级别 ➢ 0 – 255 (0 – 黑, 255 – 白) ➢ 部分软件使用百分比表示方法(0-100%)
8 bit(256 greylevels) 0 26 51 77 102 128 153 179 204 230 255 Percentage Scale 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
光源
高频荧光灯
卤 素 灯 LED灯
光源
光源
荧光灯，传统型荧光灯即低压汞灯，是利用低气压的汞蒸气在通电后释放紫外线 ，从而使荧光粉发出可见光的原理发光，因此它属于低气压弧光放电光源。
卤素灯泡（英文：halogen lamp），简称为卤素泡或者卤素灯，又称为钨卤灯泡 、石英灯泡，是白炽灯的一个变种。
1.无标准 协议
2.带宽过 低
3.CPU占 用过高
相机
➢面阵相机芯片是M*N方式排列； ➢线阵相机芯片是1*N方式；
成像系统分辨率
系统组成 – 相机, 光学部件, 软件 最小可区别的特征大小 系统测量精度– 系统精度、重复精度 影响因素
➢ 分辨率 – 640x480… 1600x1200 ➢ 光学部件质量 ➢ 软件分辨率
灰度（阀值） • 图像黑白部分分割界限 • 自动或者固定的阀值方法
0-25%
0-75%
梯度分析
• 边缘检测方法 • 灰度值的变化率
Greylevel el Gradient n
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 28
Greylevel vs. Gradient
30
el Gradient
➢黑白相机和彩色相机 ➢面阵相机和线阵相机 ➢CCD相机和CMOS相机 ➢模拟相机，数字相机，智能相机
相机
速度 距离 优势
缺点
CameraLink Base: 1.5Gbps Medium: 3.8Gbps Full: 5.1 Gbps
10m 1.带宽高 2.有带预处理功能 的采集设备 3.抗干扰能力强
20
10
0
-10 -20
-30
38
48
58
68
Pixel
图像增强
较少多余的干扰 提高被测的特征点或者边缘 可能占用宝贵的检测时间 方法…
➢ 形态学方法 ➢ 改变亮度级别 ➢ 二值化
降低干扰 – 腐蚀/膨胀/打开/关闭/数学