视觉检测技术.ppt
- 文档编号:12662490
- 上传时间:2023-06-06
- 格式:PPT
- 页数:54
- 大小:9.46MB
视觉检测技术.ppt
《视觉检测技术.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《视觉检测技术.ppt(54页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
(1)零件的识别与定位,领域:
工业、农业、航天、军事等,1、工业检测,例:
双目立体视觉检测系统简单视觉的机器人系统,自动连接引线、对准芯片和封装;,自动安装部件,自动焊接或自动切割加工、自动浇注系统等。
视觉检测技术,一、应用,
(2)零件尺寸的在线测量,(3)零件外观及内部缺陷检测,芯片定位,芯片管脚检测,钢板厚度的在线测量,(4)产品分类、分组,(5)产品标识、编码识别,苹果分级、分色、配色,商品条码、印鉴、标签,“手-眼”定位:
两个摄像机-两幅平面图像-三维场景信息,用于:
目标识别、道路识别、障碍物判断、主动导航、自动视觉导航无人驾驶汽车、无人驾驶飞机、无人战车、探测机器人,实例:
美国Sojourner系列和Rocky系列火星探测移动机器人,2、机器人导航,“机遇”号火星车拍摄火星土壤的显微照片,“勇气”号火星车发回的彩色照片,美国勇气号和机遇号火星探测移动机器人,3、生物医学图像分析,
(1)医学临床诊断:
X射线、B超、CT、核磁共振(MRI),医学影像融合分析,细胞个数统计,CT图像,自动检测:
染色体切片、癌细胞切片、超声波图象,三维人体扫描,
(2)生物图像分析:
形状、组织切片、染色体配对、细菌、病毒、病原体外形尺寸检测、颜色识别、表面损伤检测以及组织分析,叶片细胞显微放大图片,转基因大豆孢子,例:
水果分类;发芽土豆;杂草识别,4、遥感图像分析:
卫星遥感图像-气象卫星(红外成象-云图-气象状况)资源卫星(多光谱成象-地质、矿藏、森林、灾害)海洋卫星(合成孔径雷达成象-海洋、海浪、海滩),航空摄影图像-(多目成象-大地测量、测绘),交通-车辆识别、牌照识别、车型判断、车辆监视、交通流量检测,安全-指纹判别与匹配、面孔与眼底识别、安全检查(飞机、海关),监视-超市、商店防盗、银行监控,停车场、电梯闭路电视,6、军事与国防:
5、监控、安防、交通管理:
超低空雷达、超视距雷达、导弹制导、导弹导航、地形匹配、单兵作战系统、战场遥测、夜视仪、声纳成象,7、办公与家电:
办公设备-数码复印机、扫描仪、传真机、绘图仪家用电器-数码摄像机、数码照相机、可视电话、可视门铃,二、视觉系统的一般构成,工作原理:
光敏感元件电(光电元件),传感器:
单目视觉:
一个摄像组件(镜头+摄像机)多目视觉:
多个摄像组件(镜头+摄像机),图像采集部分、图像处理部分、通信和I/O部分以及输出和执行机构,图像采集系统:
可视化图像或特征数据,图像质量好图像处理简单、结果理想图像质量差图象处理麻烦、结果不理想,由光源、镜头、摄像机、图像采集卡等构成,1、眼睛的结构及成像,人类视觉眼睛计算机视觉图像输入系统,晶状体镜头;视网膜像敏面;,远物体晶状体扁平屈光能力小距离大(最大17mm)近物体晶状体厚屈光能力大距离小(最小14mm),物体,光谱,-紫外可见光红外,2、电磁波谱,可见光谱,1、光源,
(1)光源的作用:
使视场具有足够照度-整体亮度、突出特征量,满足一定的投影关系-位置变化、成像质量,满足一定的滤光要求-区别、对比度,选择:
几何形状、照明亮度、均匀度、光谱特性,发光效率、使用寿命,
(2)光源的种类:
自然光源,-天体(地球、太阳、星体)、大气,三、图像采集系统,按发光机理:
荧光灯、卤素灯、气体放电灯、发光二极管(LED)、激光二极管LD,白炽光源:
器件:
白炽灯-钨丝(熔点3600K),特点:
谱线丰富(可见光+红外光),应用:
滤色片窄带频率光,避免杂光干扰仪器,气体放电光源:
原理:
气体分子激发放电(电弧灯),器件:
碳弧灯、钠弧灯、氙弧灯、水银弧灯,特点:
功率大,光色接近日光,紫外线丰富,应用:
强光、色温要求接近日光,人工光源:
卤钨灯-改进的白炽灯(碘、溴),特点-亮度高、发光效率高、体积小、成本低,发光二极管:
激光光源:
原理:
半导体,电致发光,器件:
LED,可见光、红外光,体积小、功耗低、寿命长、响应快、易于数字控制、比普通光源单色性好、亮度高,应用:
电路(信号)、仪器面板(提示、报警、状态显示),原理:
特点:
外界光光原子能级跃迁受激辐射光放大谐振辐射激光,方向性好-发散角很小(约0.18),比普通光小23数量级亮度高-能量高度集中,亮度比普通光高几百万倍单色性好-光谱范围极小,频率单一;(He-Ne激光:
=632.8nm,=10-6nm)相干性好-受激辐射,传播方向/振动方向/频率/相位一致时间相干性、空间相干性均好,器件:
固体激光器-体积小,坚固,功率高红宝石、(少用),气体激光器-小巧、单色性好、能连续工作、功率小氦氖、CO2,液体激光器-激光波长可连续调节(范围)染科,半导体激光器-效率高、体积小、重量轻、结构简单、功率小、非线性,特点:
LED光源的种类(形状):
面光源-专用,线光源,b.按安装方式:
光源放在物体的后面便于安装,结构光照明:
被测物在光源和摄像机之间-对比度好,频闪光照明:
点光源-发光二极管,背向照明:
前向照明:
光源有特定的方向,光束有精确的形状。
-光栅或线光源畸变三维形状,高频率的光脉冲-高速运动物体,其中LED光源凭借其诸多的优点在现代视觉系统中得到越来越多的应用。
2、光学系统,成像物镜+光电器件,照相摄影系统:
组成:
显微系统,NIKON测量显微镜,望远系统,投影系统,数字式测量投影仪,相当于人眼的晶状体,没有镜头,摄像机不能采集到任何图像。
输出被噪声淹没,成像:
聚焦:
变焦:
改变镜头的焦距-改变成象大小(人眼所不具备的功能),
(1)作用:
曝光:
a、摄影镜头,当镜头成像平面不在摄像机像面上时,输出图像模糊不清-调整镜头的位置,改变CCD与镜头基准面的距离,改变光积分时间/曝光量-改变灰度(人眼所不具备的功能),
(2)镜头的主要指标:
焦距:
焦距小(短),视场角大,观察范围大,但远处物体分辨不很清楚,焦距大(长),视场角小,观察范围小,很远的物体也能看清楚,焦距的大小决定着视场角的大小。
选择焦距:
观测范围是要观测细节,还是要较大的观测范围,焦距的计算:
f=vD/Vf=hD/H,选择比计算值小的固定焦距,则视角还会大一些,近距离大场面小焦距广角;远处细节大长焦,焦距大小:
几毫米数米,光圈:
(光圈指数、光阑系数),表示光通量大小,用F表示,F数,光圈指数序列的标值:
1.4,2,2.8,4,5.6,8,11,16,22等,,安装方式:
方式-C式和CS式两种,差别是镜头和CCD像面的距离不同,,-螺纹连接,专用接圈-C式镜头比CS式镜头多一个专用接圈的长度,,以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量:
F=f/D(镜头标明),C式安装座从基准面到焦点的距离为17.562毫米,CS式安装座从基准面到焦点距离为12.5毫米。
镜头上标注-焦距、光圈确定镜头,光通量与F值的平方成反比关系,F值越小,光通量越大。
摄影镜头-螺距为1英寸32牙,直径为1英寸(英制),照相镜头-M421(直径为42mm,螺距为1mm),单板式CCD镜头-M120.5(直径为12mm,螺距为0.5mm),(3)镜头的种类:
按焦距大小分类:
按变焦方式分类:
按光圈方式分类:
固定光圈镜头、手动变光圈镜头、自动变光圈镜头,按安装方式分类:
分为普通安装镜头、隐蔽安装镜头(针孔镜头),分为广角镜头、标准镜头、长焦距镜头,固定焦距镜头、手动变焦距镜头、电动变焦距镜头,固定焦距镜头-固定视场大小和距离,,手动变焦镜头-偶尔改变观察范围和目标大小,电动变焦镜头-经常性改变观察范围,变焦范围大,既可以看大范围,也可以聚焦某个细节。
固定光圈镜头-固定场景和目标,亮度不变,用于光线变化大且频繁的场合。
手动变光圈镜头-适合亮度变化不大的场合(光圈环)一次性调整合适为止,不变,自动变光圈镜头-会随着光线的变化而自动调整,,按变焦倍数:
2倍变焦、6倍变焦、10倍变焦、20倍变焦等。
按用途分类:
照相镜头、摄影镜头、单板式CCD镜头,b、光电器件,
(1)外光电效应及其器件,外光电效应,特点:
速度快-从光照射到释放电子时间不超过10-9秒。
需足够光能-光子能力表面溢出功,原理:
光阴极光电子阳极空间电子流外接电阻压降U=f(I),原理:
光物体表面光电子发射,光电管,应用:
足够的光强,高速-光电开关,特点:
简单,灵敏度低(充入惰性气体气体轰击自由电子),光电倍增管,原理:
光阴极光电倍增极阳极电流,应用:
开关测量光电开关,计数,
(2)内光电效应,原理:
光电导效应:
器件:
光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管,原理:
光电子-空穴对导电性电阻,光生伏特效应:
原理:
光PN结(无偏置)电子N,空穴P电动势,器件:
光电池(硅,锗),特点:
光电流大,灵敏度高倍增率=n,-单极倍增率(36)n-倍增极数(414),光半导体电子吸收能量跃迁电子-空穴对,光敏电阻:
原理:
电阻器件,加直流偏压,无极性无光照-电子-空穴对很少-电阻大(暗电阻)有光照-电子-空穴对增多-导电性增强,特点:
灵敏度高,体积小,重量轻,性能稳定批量生产,价格便宜,应用:
工业自动化-开关元件,快速响应家电-(感应式节能灯:
判断照度),特性:
光照特性为非线性,光谱特性存在单峰,动态特性好,光照特性,结构:
金属封装-防潮,光谱特性,动态特性,光敏二极管(光电二极管,PD:
Photo-Diode),原理:
半导体PN结-无光时-高阻特性,微弱电流暗电流,A;光照时-电子N,空穴P光电流光照愈强-光电流愈大,光照特性,光敏三极管(光电三极管,PT:
Photo-Triode),原理:
光敏二极管(bc结)+三极管,应用:
线性转换元件,开关元件,,特点:
灵敏度高于光敏二极管,,特性:
光照特性-灵敏度和线性好,光谱特性-单峰性,光谱特性,特性:
光照特性-灵敏度高于光敏二极管,线性好光谱特性-单峰性动态特性-响应速度低于光敏二极管,应用:
线性转换元件,开关元件,高速光电二极管,PIN结光电二极管(PIN-PD):
I-高电阻率的本征半导体响应速度快,灵敏度高,线性好,用于光通讯,光测量,光谱特性,动态特性,雪崩光电二极管:
PN+P+APD响应速度快,灵敏度高,线性差,用于光通讯脉冲编码,连接方式:
开路电压输出-(a)短路电流输出-(b),特性:
光照特性-开路电压输出:
非线性(电压-光强),灵敏度高短路电流输出:
线性好(电流-光强),灵敏度低光谱特性-硅电池:
0.51.2m(红-红外),峰值0.8m(近红外)锗电池:
0.30.7m(紫-红),峰值0.5m(绿),光电池,原理:
光PN结电子N,空穴P电动势光电能光电池(硅电池:
单晶硅),特点:
有源器件,轻便、简单、无污染,动态特性好(硅)工作于可见光波段-太阳能电池,应用:
宇航飞行仪器,仪表电源,便携仪表(计算器)-开关测量(开路电压输出),线性检测(短路电流输出),四象限光电池,位置敏感器件(PSD-PositionalSensingDevice),原理:
光光电二极管空穴由N向P移动空穴1端I1空穴2端I2,说明:
对于各种光电元件:
(1)暗电流:
无光照时输出电流热噪声
(2)温度特性:
温度灵敏度、光谱特性降温、恒温、温度补偿(3)器件材料:
硅好于锗,原理:
集成4光电池-四象限光斑4分量I1、I2、I3、I4;,应用:
二维位置检测,准直,固态摄像器件:
电荷耦合器件(ChargeCoupledDevice)-CCD,比值:
应用:
位置检测(一维、二维),比值:
(1)CCD的种类:
3、CCD摄像机,按成象器件分类:
线阵CCD、面阵CCD,按颜色分类:
黑白摄像机、彩色摄像机,按输出信号分类:
模拟式、数字式,黑白摄像机:
信息量小,时间、空间少彩色摄像机:
信息量大,时间、空间多,线阵CCD:
一行,扫描;体积小,价格低;面阵CCD:
整幅图像;直观;价格高,体积大;,按扫描方式分类:
逐行扫描、隔行扫描,逐行扫描:
高速运动,避免边缘模糊,数字摄像机-电子快门,曝光时间:
1/50s、1/125s、1/250s、1/500s、1/1000s、1/2000s、1/4000s、1/8000s、1/16000s、1/32000s,按形状分类:
长形、短形、方块形、半球形、单板形,
(2)摄像机的主要参数:
制式:
CCD芯片尺寸:
PAL制式-标准为625行,50场,中国采用隔行扫描(黑白为CCIR)(西欧、亚洲、澳大利亚),NTSC制式-标准为525行,60场(黑白为EIA)(美加、日本),非标准制式-只有医疗或其它专业领域才用到,面阵CCD芯片,相位交替行(PhaseAlternatingLine)-逐行倒相,国家电视委员会(NationalTelevisionSystemsCommittee),CCD分辨率:
是CCD的主要性能指标,它决定了显示图像的清晰程度,分辨率越高,图像细节的表现越好。
像素-CCD每一个元素,像素越多,图像越清晰44万(768*576)、100万(1024*1024)200万(1600*1200)、600万(2832*2128),电视线-简称线(TVLINES),彩色摄像头一般330500线,黑白可以达到600线。
电视线与CCD和镜头有关,还与摄像头电路通道的频带宽度直接相关,通常规律是1MHz的频带宽度相当于清晰度为80线。
频带越宽,图像越清晰,线数值相对越大。
灰度级-灰度分辨率、色彩分辨率,1/2n位数:
8位(bit)、10位、11位、12位、位数越多,图像越清晰。
照度参考表:
根据照度划分,CCD又分为:
最低照度:
也称灵敏度,是CCD对环境光线的敏感程度(最暗光线)。
单位-勒克斯,LUX,数值越小,需要的光线越少,越灵敏。
信噪比:
典型值为46分贝,如果为50分贝,则图像有少量噪声,但图像质量较好;如果能达到60分贝,就不会出现噪声。
电源:
交流220伏、24伏;直流12伏和9伏。
光谱:
选择摄像机:
芯片尺寸、像素数、线数、灵敏度、光谱响应,感光范围可见光、红外、超声波等,4、图像存储体,
(1)图像存储体的作用:
接收来自摄像机的图像信号:
模拟摄像机-标准电视信号数字摄像机-数字信号,存储图像数据:
容量大、速度高、存取方便,图像处理:
简单预处理-滤波、二值化图像叠加-直线、圆、数字、符号,图像输出:
输出到监视器-监视、观察输出到计算机-图像处理、模式识别,
(2)图像存储体的种类:
外置式:
独立单元、单独供电、功能全面、容易构成视觉系统,图像卡式:
插入计算机扩展槽内-使用方便、速度快、成本低,传输式:
数字摄像机-计算机接口/网络传输(串行、并行、USB),视觉传感器模块,视觉传感器光源、摄像头、图像处理器、控制与通讯接口,四、信号处理系统,1.信号处理电路,3)电压/电流(V/A)转换-需要电流输出时;,1)信号放大,2)噪声抑制-信号淹没在噪声中;,电压(mV/V);电流(A/mA),-运算放大电路(运算放大器),相敏检波:
同步整流电路,模拟滤波:
低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)、带阻(BEF)、全通(APF)滤波器,4)模拟/数字(A/D)转换-需要输出数字信号时,2.图像处理技术,成像干扰等图像降质图像预处理,灰度校正-突出特征-图像增强(锐化),滤波降噪-去除噪声-图像滤波(平滑化),灰度修正:
改变灰度分布-直方图修正,目标(前景):
黑的更黑、白的更白-直方图拉伸,干扰(背景):
灰度模糊-直方图压缩,目的:
感兴趣特征突出;不需要衰减;不逼近,1)图像增强,预处理+提取、识别、计算,(70,30),(180,230),直方图修正:
2)图像滤波,图像噪声:
强度随机信号,高斯噪声,椒盐(Salt&pepper)噪声:
随机出现黑白亮度值,高斯噪声:
高斯/正态分布传感器噪声模型(摄像机电子干扰噪声等),-滤波器,原始图像,高斯滤波,3)边缘检测,
(1)边缘定义,边缘:
图像局部亮度变化最显著的部分,分布:
目标-目标、目标-背景、区域-区域、色彩-色彩,
(2)边缘检测算子,梯度算子、Roberts算子、Sobel算子、Prewitt算子、拉普拉斯算子、LoG算子、Canny算子,4)图像描述与识别,-提取特征参量,识别物体,原始图像,LOG算子,Prewitt算子,Roberts算子,Sobel算子,Canny算子,r,离焦不清晰、对比度不好,聚焦清晰、对比度好,return,return,光积分时间短-曝光量小-景物亮度低-对比度差,光积分时间长-曝光量大-景物亮度高-对比度好,F=8,傍晚景物图像对比,F=5.6,阴天景物图像对比,F=11,F=5.6,return,r,r,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 视觉 检测 技术