右图中，绿色背景 采用红色光源提高 对比度 （灰阶图像）
光源
代码 R G B V W IR UV
颜色 红 绿 蓝 紫 白 红外 紫外
波长（nm） 625(600~720) 517(510~530) 465(430~480) 400 色温：5500k
应用 背景为黑色的透明软板孔位定位、绿色线路 板检测、透光膜厚度测量等。 红色背景产品检测、银色背景产品检测等。
• 特殊要求，需要用到红外或紫外相机情况
镜头--如何选择镜头
•
定焦与变焦 变焦镜头
工作距离不变的情况下获得不同的放大倍率
镜头--如何选择镜头
•
远心镜头与标准工业镜头
远心镜头
• 精密测量系统
CCTV镜头
• 一般工业测量、缺陷检测，对物体成像的放大倍率没有严格要求
远心镜头
CCTV镜头
镜头--如何选择镜头
目录
1 2
机器视觉系统构成 成像系统核心器件选型方法
3 4
5
机器视觉系统设计步骤 应用案例
飞行捕捉和相机丢帧解决办法
机器视觉系统构成
机 器 （Machine)
1、机器视觉系统介绍
+
视 觉 （Vision)
机械
运动
控制
视(硬件)
觉(软件)
机器视觉是一个系统的概念，运 用现代先进的控制技术、计算机 技术及传感技术，表现为光机电 的结合。
镜头
镜头畸变
畸变是镜头放大倍率随着视场变化而变化的现象。
测量应用，畸变越小越好
畸变可以通过软件进行校正
镜头
镜头景深
对于理想的光学系统，像平面对应一个理想物平面。实际光学
系统，能清晰成像的最远物面到理想物平面的距离称为远景深 度，能清晰成像的最近物面到对准平面的距离称为近景深度， 远景深度和近景深度的和就是光学系统的景深。
对比度：归一化的值。理想黑白线对的对比度为1，对比度下降，观察 到的图像会模糊。 MTF是空间频率和对比度定义的，它表征了光学系统传递对比度的能力， 空间频率变高时，对比度会下降。
镜头--如何选择镜头
•
工作波长
可见光波段（380nm~780nm）
• 机器视觉系统通常使用环境为可见光范围
红外与紫外波段（780nm~10mm）
达到“平行”的效果。
普通背光
平行背光
普通背光
平行背光
常用于有圆弧、倒角等样品的尺寸测量项目
光源 单色光应用
常用LED光源根据颜色分为白光、蓝光、绿光、红光、红外及
紫外等。
光源
通过互补色增加对比度
• 互补色：也称对比色，互补色在色环上相互对应。两种互补色等强度 混合可以得到白色。 • 如果希望更加鲜明地突出某些颜色，则 可以选择右侧色环上相对应的互补颜色， 这样可以明显地提高图像的对比度。
距离可变时，需要用双侧远心镜头来消除物方和像方产生的透视误差。

镜头--如何选择镜头
远心镜头特点
优点： • 消除透视误差
•
畸变较小
缺点：
•
由于远心光路限制，要求镜头直径＞FOV，因此当被测物
较大时，远心镜头体积会很庞大，成本也会很高。
镜头--如何选择镜头
镜头接口
镜头接口与相机接口相匹配 可以通过接圈转接实现匹配
被测零件周围是否有安装光源的位置？是
否有合适安装摄像头的位置？怎样固定比 较合适？
LED型
荧光灯型
卤素灯型
光源 LED光源优势 1. 2. 3. 4. 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； 加散热装置散热效果好，光亮度更稳定； 使用寿命长，反应快捷。 条形光 环形光 背光源 同轴光
• •
特点：照度高， 光源指向性强； 应用：LCD面板 检测，文字识别 等。
• 同轴光、条形光、背光源、环形光、穹顶光、点光源
光源形状
• 白色、单色、红外、紫外、组合颜色
光源 打光方式
单一角度
明视场 暗视场 背光照明
复合角度
无影灯
特殊照明
平行同轴光 平行背光
光源 明视场与暗视场
明 视 场
暗 视 场
明视场
暗视场
明视场：用直射光来观察对象
暗视场：用杂散光来观察对象
光源 背光照明
镜头
镜头景深
F数越小，通光口径越大，景深越小
F数越大，通光口径越小，景深越大
镜头
镜头分辨率
物方分辨率：镜头能够分辨开的两个物体之间的最小工作
距离，单位μ m。 Resolution(像)=Resolution(物)×镜头放大倍率 解像力：1mm内的黑白线对数，单位lp/mm。 Resolving=1/Resolution(像)
所需要的信息包含在图像中，图像本身的质量对整个视
觉系统非常关键！
采用特殊的照明方式，得到的图像 更容易提取边缘。
Garbage In，Garbage Out.
成像系统设计的成败是决定系统成败的首要因素！！！
2、成像系统解析
光源 镜头 相机 采集卡
光源
光源作用
机器视觉中光源的作用：
• 照亮目标，提高亮度 • 形成有利于图像处理的效果 • 克服环境光干扰，保证图像稳定性
飞行捕捉和相机丢帧解决办法
需求调研表
问题
被测物
说明
被测物是什么？样品？材质？颜色？ 有无？好坏？尺寸？位置？瑕疵？字符？ 条码？
备注
检测指标
检测视野
精度要求
工作距离 生产节拍或产线运 行速度 安装空间
测量尺寸精度要求多少？ 安装摄像机到被测物体的距离最大允许多 远？能是否自由调节？ 每分钟测量多少个？生产线运行速度？
物方远心镜头
原理：在像方焦平面处设置孔径光阑，使得物方主光线平行于光轴；
特点：在景深范围内移动检测物体，镜头放大倍率保持不变；
作用：可以消除物方由于调焦不准确带来的读数误差。
镜头--如何选择镜头
双侧远心镜头
原理：在物方焦点及像方焦点均设置孔径光阑， 作用：当由于安装或相机芯片精度等因素导致的芯片到镜头接口处的法兰
镜头--如何选择镜头
•
镜头像面尺寸与分辨率
镜头像面尺寸
• 镜头像面尺寸应大于相机靶面
镜头分辨率
• 镜头分辨率与相机的像元大小相匹配，以充分利用相机的分辨精度。 YES NO
镜头像面尺寸＞CCD尺寸
镜头像面尺寸＜CCD尺寸
镜头--如何选择镜头
选择焦距
镜头--如何选择镜头
– – – – – –
镜头支持的最大放大倍率或最小工作距离 畸变率 MTF 景深 机械尺寸 抗震性
•
•
特点：照射角度 • 低，利于突出边 缘轮廓； 应用：晶片或玻 • 璃基底伤痕检测。
特点：发光部分 • 为漫射面，均匀 性好； • 应用：靶标测试， LCD检测等。
特点：光线方向 趋于平行； 应用：半导体、 PCB板表面检测。
光源 选择光源的三个步骤：
打光方式
• 单一角度、复合角度、平行光
光源形状
Gauge(测量)
机器视觉应用 3、机器视觉系统的应用
GIGI(Gauge、Inspection、Guide、Identification)
Inspection（检测）
机器视觉应用 3、机器视觉系统的应用
GIGI(Gauge、Inspection、Guide、Identification)
Guide（引导）
机器视觉应用 3、机器视觉系统的应用
GIGI(Gauge、Inspection、Guide、Identification)
Identification（识别）
目录
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机器视觉系统构成 成像系统核心器件选型方法
3 4
5
机器视觉系统设计步骤 应用案例
飞行捕捉和相机丢帧解决办法
1、成像系统的意义
包括光源、镜 头、相机、图 像采集卡等。
2、机器视觉系统的组成
典型的机器视觉系统包括：光源、镜头、相机、图像采集卡、图 像处理软件、监视器、通讯/输入输出单元等。
照明光源
检测目标
光路
镜头
相 机
图像采集
图像处理
运动机构 执行机构 监视机构
机器视觉应用 3、机器视觉系统的应用
GIGI(Gauge、Inspection、Guide、Identification)
镜头
镜头分辨率
当像方分辨率=2×像元尺寸时，说明镜头分辨率与相机完全匹配。 如相机像元尺寸为5μ m，镜头放大倍率为0.5倍，则物方分辨率为20μ m， 此时镜头与相机匹配。若R物＜20μ m，则说明此时镜头过好，相机分辨率 成为系统的限制。
镜头
调制传递函数MTF
空间频率：1mm内的黑白线对数，lp/mm。
一幅好的图像应该具备的条件：
•
由上图可见不同的光源可以产生完 全不同的成像效果，从而也导致不 同的检测算法（优选及简化） 。
对比度明显，目标与背景的边界清 晰
背景尽量淡化而且均匀，不干扰图 像处理 与颜色有关的颜色信息要真实，亮 度适中，不过度曝光
•
•
光源 光源种类 LED：照射形状、大小、颜色种类丰富，寿命长，转换特性良好, 荧光灯：可实现大型化，便宜，使用10kHZ以上的高频形式 卤素灯：高亮度、光纤传导、冷光照明 金属卤化物灯：与卤素灯相比更接近太阳光，耗电量低，价格高
主要用于边缘提取，透明体内部不透明体检测，狭缝和通孔 内杂质检测。
锯 齿 缺 陷 检 测 马 达 转 子 检 测 打光原理
光源 无影灯
运用特殊的光学构造，使对象物多角度受光，从而达到“无