25帧/秒，625线/场 30帧/秒，525线/场
720X576 720X480
1.1 工业相机-接口
1.2 工业相机-CCD/CMOS
CCD
感光元件
光电二极管
CMOS
放大器
行选择开关
行解码器
串行读出寄存器
电荷转换及放大
模/数转换
输出
CCD：感光元件将光 强转为电荷，形成电荷包 ，在后驱脉冲作用下转移 、放大输出图像信号。
1.5 工业相机-像素时钟/最大行频/最大帧率
➢ 像素时钟：CCD中像素输出的节拍； ➢ 最大行频：线阵相机每秒钟能够输出的最大行数； ➢ 最大帧率：面阵相机每秒钟能够采集并输出的最大帧数；
像素时钟越高最大行频或者帧率越高，但是噪声也会加大， 影响低照度环境下的性能
2 如何选择合适的工业相机
黑白？彩色？ 面阵？线阵？ CCD？ CMOS？
3.1 镜头相关参数
焦距 物距（工作距离） 视野（视场范围）
视场角 相对孔径 光圈数
3.2 镜头焦距
被测物
像
f
f’
焦距：镜头光学后主点到焦点的距离。 由上图可以看出焦距越长成像也就越大。 常用的工业镜头：5mm，8mm，12mm，25mm，35mm，
50mm，75mm等等。
3.3 光圈
659×494
782×582
1034×779
1392×1040 1628×1236
很显然，单个像素面积越小，单位面积内的像素数量就 越多，摄像机的分辨率就越高，但是，随着像素面积的 缩小，每个像素能够储存的电荷数量也随之减少，造成 相机动态范围和感光度降低。 因此，在分辨率允许的情况下，选择像素尺寸大的相机 会有较大的动态范围和较高的感光度，但是随之而来产 生的噪声也会加大。
1.4 工业相机-分辨率和尺寸
水平分辨率
传感器尺寸
传感器
1 尺寸通常以有效面积或 对角线尺寸（英寸）表 示
垂直分辨率
1 相机分辨率=水平分辨 率X垂直分辨率
1.4 工业相机-分辨率和尺寸
对角线
有效 面积
分辨率
1〞
2/3〞
1/1.8〞
1/2〞Βιβλιοθήκη 1/2.7〞1/3〞 1/4〞
12.8×9.6 8.8×6.6 7.18×5.32 6.4×4.8 5.27×3.96 4.8×3.6 3.6×2.7
机器视觉技术 Machine Vision
主讲人： 电 话： 邮 箱：
1
引言 机器视觉介绍
机器视觉
处理速度快 检测精度高 非接触测量
自动化设备 汽车工业 消费品 电子产品 食品饮料/包装 医药行业
……
2
1 工业相机-概述
工业相机 用于获取图像
传感器选择
CCD CMOS
传感器结构
面阵相机 线阵相机
接口的选 择
分辨率的 选择
帧率的选 择
选择品牌
一般来讲，分辨率越高帧率 越小
相机水平分辨率=拍摄视野水平尺寸/检测精度 相机垂直分辨率=拍摄视野垂直尺寸/检测精度
3 镜头基础知识及选型
镜头的作用：集聚光线，使成像单元能获取清晰的影像结构，产 生锐利的图像。 调节机构主要是光圈调节环和调焦环，接口主要由常见的C口、 CS口。
输出信号
数字相机 模拟相机
图像
黑白相机 彩色相机
3
1.1 工业相机-接口/输出方式
➢USB(USB2.0/USB3.0) ➢IEEE 1394（Firewire） ➢GigE ➢CameraLink
➢模拟信号（BNC、S端子）：需要图像采集卡 (PAL、NTSC等)。
1.1 工业相机-接口
特点
USB IEEE 1394
3.4 景深
被测物
像
f
f’
当镜头聚集于被测物表面时，同一表面上的都能在 CCD上清晰成像，这一表面前后一定范围内的景物也能 清晰的成像，这个纵深范围就被称为景深。 拍摄距离越远，景深越大，焦距越长，景深越小，光圈 越大，景深越小。
3.5 视场角
warctan(d ) 2f
当f一定时，市场角越大成像 也就越大，当d一定时，焦距越 长，视场角就越少。
CMOS：将光敏感阵列、图像 信号放大器、信号读取电路、 模数转换电路、控制器集成在 一块芯片上，还具有局部像素 随机访问的优点。
1.2 工业相机-CCD/CMOS
CCD和CMOS优缺点
CCD
抑噪能力强、灵敏度高、 图像还原度高，低电压 、低功耗
相对于CMOS耗电量大、 工艺复杂、成本高
CMOS
高度集成、传输速度快、 动态AOI、适用高分辨率 、高速场合
3.6 工作波长
光学镜头都是针对一定波长范围内的光波工作，自物面发出的光 波，在此波长范围内的，能够通过镜头在像面上成一清晰像，而且 能量衰减较小；而在此范围外的光波，则难以校正像差，成像质量 差，分辨率低，而且能量衰减很大，甚至被光学介质材料所吸收， 完全不能通过镜头。
3.6 分辨率
• 定义：镜头在单位毫米内能够分辨开的黑白相同的条纹对数。
光圈：镜头中可以改变中间孔大小的机械装置。 图像的成像照度与光圈的直径D的平方成正比，于镜 头的焦距成反比，D/f被称为镜头的相对通光孔径，他的 倒数f/D就被成为光圈数，也叫F数，如果镜头的相对孔径 是1:2，那么他的光圈就是F2.0； 相对孔径越小，则光圈数越大，在单位时间内的通光 量也越大。
抗干扰能力差，成像还 原度差于CCD
1.3 工业相机-传感器结构特性
传感器的结构特性
面阵相机
感光单元按二维阵列排列 每次拍摄对一个面进行曝
光成像
线阵相机
感光单元排列是一维的每 次曝光仅是一条线成像， 随着物体和摄像机的相对 运动，相机连续曝光形 成一幅二维图像，适用于 目标物体幅面较大或缺陷
尺寸微小的场合
GigE
CameraLink
易用，价 格低
标准协议，易 用，价格低， CPU占用最低
标准协议，易用 ，价格低，传输 距离远
带宽高，抗干扰能 力强，需采集卡
速率/距离
38MB/S ，5M
32-64MB/S 10M
100MB/S 100M
680MB/S，10M
相机个数 127
63
无限制
1
PAL NTSC
• 分辨率为1/2d，单位为lp/mm (线对/毫米)
1D.2/ 2f' 1.22F
N11.221F
理想镜头的分辨率完全由相对孔径所 决定，相对孔径越大，F越小，分辨 率就越高。
3.7 镜头产生的畸变
镜头一般用于聚集光线，让足够多的光线能够收敛聚焦到投影 点上，这就必须使用大面积且弯曲的透镜，透镜可以聚集足够多的 光线到某一点上，使图像的生成更加迅速，但是其代价就是引入畸 变。