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机器视觉(重要基础)

  • 时间:2019-10-22
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  机械视觉编造组成 ? 概述 ? 组成各片面先容 ? 项目开拓 ??图像与视觉 图像 ? 安防监控、显微成像、医疗影像、天文观测; ? 航天测绘、智能交通 ?视觉(视+觉) ? 表面质地检测、工件尺寸丈量和定位、各类标 识的识别等,电子、半导体、包装、印刷… 机械视觉(Machine Vision) 机械 (Machine) + 视觉 (Vision) 板滞 运动 驾驭 视(硬件) 觉(软件) 机械视觉是一个编造的观点,操纵新颖进步的驾驭 技能、估计打算机技能及传感技能,显示为光机电的结 合。 凌云公司的标语:“尽力于为机械植入眼睛 和大脑!” 蕴涵光源、镜头、相机、 图像搜聚卡等。 为什么要采用机械视觉 ? 减省岁月 ? 下降坐褥本钱 ? 优化物流进程 ? 缩短机械停工期 ? 进步坐褥率和产物格地 ? 减轻测试及检测职员劳动强度 ? 裁减不足格产物的数目 ? 进步机械欺骗率 机械视觉运用简介 、Inspection、Guide、dentification) 一、Gauge(Measurement) 机械视觉运用简介 二、Inspection(运用限造最广) 机械视觉运用简介 三、Guide 机械视觉运用简介 四、Identification 机械视觉道理简介 编造组成: 机械视觉道理简介 一、光源(光源是基准,打光是艺术) 品种:LED、萤光灯、卤素灯(光纤光源)、迥殊光源 Garbage In, Garbage Out 特质:LED寿命长/能够有各类色彩/便于做成各类庞杂形势/光 平均安闲/能够闪光; 萤光灯光场平均/代价低廉/亮度较LED高; 卤素灯亮度极度高/通过光纤传输后可做成 有用的协作与疏导 客户:“进步质地咱们才智占据越来越多的市集” 出售:“咱们须要零缺陷发货” 执掌者:“拟定消逝(下降)缺陷的预备,如采用视觉编造” 品保:“为到达6Sigma主意,咱们有100多个缺陷要管理” MV供应商:“将每种缺陷详尽界说并归类” 光源供应商:“咱们应当依照如此的手腕来做!” MV供应商:“如此做的花费是这么多!” 品保:“也许只检10个缺陷就足够了” 执掌者:“怎样才智避免咱们将这类出缺陷的货发出去?” 出售:“多坏才是足够好呢?” 光源为什么 好的打光格式等于得胜了一泰半(Garbage in,Garbage out) 光源调造主意音讯后通报探测器给(将主意思成咱们己方) 探测器所得到的后光务必包蕴足够的音讯以便离散感趣味的紧要特色 音讯,并便于治理器将它们辨别开来(光源是基准,打光有手艺) 咱们的主意即是最大化感趣味区域的特色同时压迫其他的特色(噪声) 光源为什么 光源(光源是基准,打光有手艺) 品种:LED、萤光灯、卤素灯(光纤光源)、迥殊光源 Garbage In, Garbage Out 特质:LED寿命长/能够有各类色彩/便于做成各类庞杂形势/光 平均安闲/能够闪光; 萤光灯光场平均/代价低廉/亮度较LED高; 卤素灯亮度极度高/通过光纤传输后可做成 照明法则 、后光、 后光、照明的紧要效力是形成光学信号 4、裁减噪声是照明要管理的紧要题目之一 5、惟有来自于主意并达到镜头的后光、进入镜头但非来自主意的后光为杂散光,它下降图像质地 7、 来自主意苟且点的后光都应填满镜头的入瞳 光学器件 镜头----聚焦或分裂后光 反射器(镜面)---变换光途(角度) 分光器---半透半反 棱镜---分光 偏光片---压迫反光,应力探测 漫射片---柔化光的分散,进步平均性 滤光片---过滤修改光源的光谱属性 光纤---固定的光宣扬编造 光源选拔的留意事项 影响身分: 相机的光谱呼应特质、形势、打光格式(dark field, bright field, low angle, structure light)、 LED器件(色彩、 发光角、 亮度、寿命等)、辅帮权术(偏光片、滤光片、漫射 片等) 即布局、光谱、强度、寿命、修改权术、代价等) 选拔规矩: 知足运用、归纳商酌; 表面解析+实习; 管理题目的普通进程 提出题目 界说检测主意 采集拟定完善的规格列表 可行性琢磨 这个零件是怎样被肉眼看到的? 这个零件将怎样照正在其上的光的特质? 将己方思成是阿谁零件 观点策画 实习室的重复实习 原型机坐褥 批量坐褥,进步创修 光源选拔的留意事项 影响身分: 相机的光谱呼应特质、LED器件(色彩、发光角、 亮度、寿命 等)、形势、打光格式(dark field, bright field, low angle, structure light)、辅帮权术(偏光片、滤光片、漫 射片等) 选拔规矩: 知足运用、归纳商酌; 表面解析+实习; 机械视觉道理简介 二、镜头(低通滤波器,结束信号通报) 接口地势:C-Mount/CS-Mount/FMount/Others 镜头类型:模范、远心、广角、近摄、远摄等 选拔凭据:相机接口/物距/拍摄限造/CCD尺寸/畸 变的许诺限造/放大率/焦距/光圈等 )镜头 几主何要光参学数成:光象圈公、式景(深、Ba相s对ic孔F径o、rm视u场la角)、口径、放大率、焦距、传 函、光谱 放大率(Magnification) 视场(Field of View) 使命隔绝(Working Distance) 差别率(Resolution) 光圈与景深 ? 光圈(Aperture) ? 景深(Depth of Field) ? 光圈越大景深越幼 镜头闭连参数 ?放大率 ?焦距 ?对焦限造 ?f-N F数 ?失真 ?视场 采集后光的才能 ?景深 ?差别率 ?失真 差别率和调造通报函数MTF 成像编造的品格通俗用调造通报函数 MTF 来描画,其界说如下: VB 低频暗区最低亮度 。 VW 低频亮区最高亮度。 Vmin 频率 f 处的最低亮度 。 Vmax 频率 f 处的最高亮度 。 低频比照度 C(0) =(VW- VB )/(VW+VB) 。 频率 f 处的比照度 C( f ) =(Vmax - Vmin)/(Vmax + Vmin) MTF( f )= 100%*C( f )/C(0) 差别率和调造通报函数MTF 表征差别率的目标是 MTF。 MTF 描画的是成像编造 的空间频率呼应。右 图为佳能镜头实例。 兰实线:镜头+胶片 的MTF; 兰虚线:镜头的MTF。 差别率和调造通报函数MTF 由 100% 到 2% 的比照度图 形。MTF = 50%为中等比照 度,MTF = 2% 被以为是人视觉对 比度的极限,低于 2% 无法区别。 差别率和调造通报函数MTF 编造通报函数 MTF编造=MTF镜头 × MTFCCD × MTF像移 × MTF大气 CCD通报函数 此中 p 为像元间距, a 为像元尺寸, k 为角 频率,而 h(x) 为单元脉冲呼应 差别率和调造通报函数MTF 像面上,每毫米像元数的1/2称为该CCD 的Nyquist 频率。 如XC-75CE,水准像元尺寸 为8.6μm ,笔直像元尺寸为 8.3μm。该CCD水准和笔直 Nyquist 频率诀别为 1000/(2×8.6)= 58 lp/mm 1000/(2×8.3)= 60 lp/mm 机械视觉光学编造 ?光学编造 ? 镜头(低通滤波器,结束信号通报) ? 反光镜(变换光途) ? 棱镜、分光镜、聚光棒(镜) ? 光源、偏光片、滤光片等 接口 紧要有螺口和卡口两种 螺口:0.75(M42/M58/M72等)、 C/CS(32thread/inch) 卡口:F口(Nikon)、Cannon、Petax等 远心镜头 正在丈量编造中,物距常产生变动,从而使像高产生变动,是以测得 的物体尺寸也产生变动,即形成了丈量差错; ?假使物距是固定的,也会由于CCD敏锐表面不易准确调解正在像平面 上,同样也会形成丈量差错。 ?采用远心物镜中的像方远心物镜能够消逝物距变动带来的丈量误 差,而物方远心物镜则能够消逝CCD地方造止带来的丈量差错。 Standard Lens 机械视觉编造的组成—光学编造 ? 远心镜头 远心镜头 远心镜头 远心镜头正在机械视觉中的运用 正在用于丈量的机械视觉中,有少许身分影响 丈量精度或反复性。 a) 物体地方变动惹起比例尺变换; b) 畸变 c) 投影差错 d)物体边沿丈量差错大 有一种镜头能够很大水准上下降以上差错, 以至消逝这些差错,这种镜头即是远心镜头。 远心镜头正在机械视觉中的运用 假设一个镜头的投影核心正在无尽远,称其为 物方远心镜头。 大凡镜头 物方远心镜头镜头 远心镜头正在机械视觉中的运用 大凡镜头 f = 12 mm, 相机CCD为1/3” , 查看隔绝 s = 200 mm ,高为 H = 20 mm的物体。假设物 体由原地方转移了s = 1mm,则高度丈量 值的变动为 DH=(ds/s)·H=(1/200) ·20 mm = 0,1 mm 正在焦深限造内像面转移有什么影响? 远心镜头正在机械视觉中的运用 远心镜头中,这种比例尺的变动取决于远心斜率θ。 较好的远心镜头,其 远心斜率为 0,1° (1.7 mrad) 支配。这就意 味着,正在与前面物体 同样转移 1 mm 的情 况下,丈量值只变动 了 0,0017 mm 。 远心镜头正在机械视觉中的运用 投影差错的改进 远心镜头正在机械视觉中的运用 远心镜头能够改进大凡镜头丈量中的边沿效应 左图:大凡镜头丈量时,因为 投影差错(物体摆荡)和周遭 杂光的影响,丈量精度下降。 左图:远心镜头能够 改进因为物体摆荡和 周遭杂光的影响,提 高丈量精度。 远心镜头正在机械视觉中的运用 为了更大水准的消逝边沿效应的影响,采用与镜 头配合的远心光途照明编造。 远心镜头正在机械视觉中的运用 远心镜头的便宜: ? 没有视差畸变 ? 是尺寸丈量的理思镜头 ? 能够正在使命隔绝变动的要求下周详丈量 下面的主张也是错误的: ? 远心镜头景深长 ? 惟有远心镜头才智结束周详丈量 远心镜头正在机械视觉中的运用 远心光途成像是机械视觉中一个很首要的原 理。然而它有一个很大的污点,那即是远心镜头 的口径起码要与须要查看的物体尺寸相当或更大。 这也是为什么远心镜头绝顶贵的源由之一。 ?镜头的畸 变 ? 像面弯曲 ? 球面像差 ? 枕形失真 ? 桶形失真 ? 色散 ? 像散,散光 规矩一:相机芯片尺寸 镜头尺寸≧相机芯片尺寸 芯片尺寸 迥殊之处:1inch = 16mm ≠25.4mm 机械视觉编造的组成—光学编造 镜头的接口地势 可选用拍照机镜头例子 卡口名称 镜后隔绝 内口径 表口径 几 Bronica ETR Mount 74mm φ74mm 种 Bronica GS Mount 85mm φ81mm 常 Canon EOS Mount 44.0mm φ51.2mm(53.9mm) φ64.9mm Contax Mount 31.75mm φ44mm 用 Hasselblad Mount 74.9mm φ69mm 卡 Leica R Mount 47.15mm φ49mm 口 Mamiya 645 Mount 63mm Mamiya RZ Mount 104mm φ62mm φ60mm 镜 Nikon F Mount 46.5mm φ44mm(47mm?) 头 Nikon S Mount 31.95mm φ44mm 的 Olympus Pen F Mount 29.3mm 参 Pentax 645 Mount Pentax 67 Mount 71mm 85mm 数 Rolei 6006 Mount 82mm φ41mm φ61.2mm φ72mm φ66.5mm 规矩二:相机接口类型 相机接口的品种 接口类型 后截距 C Mount CS Mount F Mount 17.526m m 12.5mm 46.5mm 接口 螺口 螺口 卡口 接口配套的规矩 相机接口 可配镜头接口 C Mount CS Mount C/F+转接器 CS/C+节圈 F Mount F 规矩三:镜头使命隔绝 编造策画与镜头使命隔绝的选拔 1. 先选拔镜头,后策画编造 2. 尽可以选拔成熟已有的产物 3. 镜头的使命隔绝包蕴了一个区间的观点 规矩四:镜头视场角 视场-视场角 使命隔绝与视场-焦距 像元差别率 ? 是编造策画的一项症结目标 ? 确定放大率 ? 完全运用的拘束要求 ? 丈量,检测(色彩)→确定畸变率、色差 ? 物距与装置尺寸→确定焦距与变焦限造 ? 光强及其相仿性→确定光圈及调解限造 ? 相机 →确定接口格式与靶面 ? 检测主意和恳求的相仿性→确定是否须要变焦、变倍、 变光圈 ? 辅帮权术 ? 接圈 ? 转接环 ? 定做 三、芯片及相机(光电转换器) 填充因子(Fill factor) 机械视觉道理简介 机械视觉相机: 品种:线&面、隔/逐、黑/彩、数/模、低/高、CCD/CMOS 目标:象元尺寸、差别率、靶面巨细、感受弧线、动态限造、精巧度、速率、 噪声、填充因子、体积、质地、使命境遇等 使命形式:Free run、Trigger(多种)、长岁月曝光等 线扫描编造 工业面阵相机编造 隔行/逐行 Xsub Shutter Xsg1 Xsg2 Odd Even Photo diode (pixel) Horizontal ccd register 彩色相机 GBGBG RGRGR GBGBG RGRGR GBGBG RGRGR 彩色相机 ” format Type 1 16 mm Image size 16 mm 12.8 mm 2/3” format Type 2/3 11 mm 11 mm 8.8 mm 1/2” format Type 1/2 8 mm 8 mm 6.4 mm 1/3” format Type 1/3 6 mm 6 mm 4.4 mm 表触发 自触发信号降低沿着手曝光 ? 曝光岁月为事先设定的常数 Pulse Width Control (PWC) Trigger Exposure Video read out ? 自触发信号降低沿着手曝光 ? 曝光岁月由触发信号脉宽驾驭 Frame Delay Readout (FDR) Trigger Exposure (fixed) Delay ? 自触发信号降低沿着手曝光 ? 曝光岁月为事先设定的常数 Video read out ? 延迟输出至下一触发信号的降低沿 Moving object 表同步 多相机同时使命 表同步信号输入 各相机用己方的时钟来运转 Camera 1 Camera 2 Camera 3 一起相机都行使统一个时钟源 Camera 1 Camera 2 Camera 3 假设主意运动,则会映现图像地方纷歧 致情景,正在1个H内 一起图像地方都绝顶相仿 Binning 和Partial scnan 随机噪声 ? 暗电流 ? 固定噪声 (FPN) ? 呼应不相仿 (PRNU) ? 坏点 Dark Signal Signal Factor1 Factor 1 Average for 1 line Average for 1 line 随机噪声 ? Peak-to-peak at output ? RMS at output ? Dynamic range ? Signal to noise ratio ? Decibels ? Noise equivalent exposure Measured with minimum gain °C ?Global correction in camera is common ?Usually not a problem ? High temperature ? 10 or 12 bit digitization Fixed Pattern Noise (FPN) 相机精巧度变动: ?光谱分散 ?红表截止滤光片 ?输出后光的怎样被丈量(地方) ?相机的增益扶植 ?输出放大倍数 ?曝光岁月 选型时紧要商酌身分 差别率 速率 精巧度 体积/重量 接口 … 机械视觉道理简介 四、搜聚卡(结束信号的搜聚与式样转换) 分类:模仿(模范和非模范)/数字、单通道/多通道 紧要目标:搜聚频率(速率)、接口、Buffer巨细、预处 理效力、援救相机的品种、驾驭效力、I/O点数 代劳公司:CORECO、COGNEX、Epix 机械视觉道理简介 相机摆设文献(盛开式的、非盛开式的cognex) ?附加效力:LUT、DMA、Buffer、 Pixel Resequenc Trigger-to-image Reliability等 ?选拔规矩:接口(相机)、速率、牢靠性等知足恳求、软件 平台、性价比等 机械视觉道理简介 机械视觉道理简介 模仿相机:CCIR/EIA, Non-Standard RS-422/LVDS 高速,牢靠性高,传输隔绝远,援救多相机贯串。管脚界说差异一, 电缆本钱高。 Camera Link 高速,高牢靠性。未便于多相机贯串和聚会驾驭,电缆代价高。 IEE1394 灵便性高,本钱低。传输隔绝短,牢靠性低。 USB2.0 灵便性高,本钱低。传输隔绝短,牢靠性低,技能不行熟。 Gigabit Ethernet 灵便性高,可扩充性强,援救远隔绝传输,援救多点传输,技能成 熟,鲁棒性强,本钱低。 机械视觉道理简介 五、图像治理卡(结束图像治理的各类运算) 品种:DSP、FPGA、PowerPC。嵌入式编造也是进展趋向之一 机械视觉道理简介 六、图像治理软件(机械视觉的中枢) 平台:VisionPro,Sapera,eVision,Halcon, Mil,CVB,Labview,OPCV,etc 国产机械视觉软件 凌云公司的自立软件-VisionWare,中国首个机械 视觉软件平台-------国内第一家拥有自立学问产 权的机械视觉平台软件供应商! VisionWare特质 类库的封装格式,适于采用VC6的开拓,便于整合 ? AvtiveX版本的封装正正在举行中 ? 参照表洋的成熟软件包开拓,进修其工程化的器械效力及 封装格式,所供应器械的检测速率、机能可媲美表洋同类 产物 ? 硬件无闭,可行使各类搜聚硬件举动图像源 ? 低本钱高机能管理计划的首选 ? 运用行业:半导体、PCB、LCD、普通电子、汽车零部件、 包装、印刷等 VisionWare效力先容 定位器械 面定位器械:不带盘旋和比例效力 几何定位器械:几十ms;多主意查找、角度、scale; ?丈量器械:线、圆、圆弧、线对等及隔绝丈量 ? Blob器械 ?色彩检测器械:色彩标定、颜色空间转换、色彩 识别、色差丈量等 VisionWare得胜案例及正在研项目 ?DieBonder 机械视觉道理简介 选拔及评估图像软件: 选拔:性价比、现正在要求拘束、OEM商的深远 进展; 评估:速率、精度、牢靠性(光照、盘旋、遮挡、 图像质地差等) 机械视觉道理简介 : 机械视觉编造的分类 Smart Camera; PC-Based; Embeded; 机械视觉道理简介 编造评估及选型:精度 速率 牢靠性 精度:为什么要到达这么高的精度?高精度意味着高价格。编造的差错分 配,编造精度、机台精度、驾驭传感精度,视觉片面的精度(差别率、图 像质地、装置精度、镜头、标定手腕、算法、境遇等) 速率:总目标、驾驭片面、作为的配合及调和、通讯速率、搜聚速率(硬 件)、治理速率(估计打算机硬件、软件算法、图像质地等) 牢靠性:硬件的牢靠性、软件算法的牢靠性及安闲性、编造策画的牢靠性 等 近况—狼狈与猜疑 机械视觉是伪科学---不行知论 ? 漏检和误检 ? 统一对象差异的结果 ? 反重复复未见真 ? 所有皆有可以 ? 已经养正在深闺人未识—贵族般的光环 ? 替换人眼并高于人眼 ? 缺乏清晰,时时彩彩票开奖视频企望过高 近况—狼狈与猜疑 终末的结果 ? 不管白猫黑猫,逮住老鼠的才是好猫 ? 影响效劳和功效 ? 双输vs双赢 ? 终于什么才是无误的? ? 幼心驶得万年船 ? 不做第一个吃螃蠏的人 ? 协作---甲乙两边满盈的疏导和配合 ? 勇于应允未必好,敢于说不未必欠好 次序—概述 、需求清晰/解析/确认;(前期多疏导很首要) 2、样品预备/测试;(须要客户亲切配合) 3、编造软/硬件选型;(包管性价比最好) 4、编造开拓策画;(厉刻按项目执掌(PM)手腕举行) 5、现场试运转/大宗测试;(必不行少,须要配合) 6、编造的限造修正和完满;(往往耗时较多) 7、编造验收; 8、职员培训与编造保护; ??www

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