1、中国大恒（集团）有限公司北京图像视觉技术分公司中国大恒（集团）有限公司北京图像视觉技术分公司机器视觉系统概述提纲提纲机器视觉系统概述机器视觉系统概述照明光源照明光源镜头镜头工业摄像机工业摄像机机器视觉系统机器视觉系统机器视觉是一门技术，该技术被广泛应用在生产制造等行业。可用来保证产品质量、控制生产流程、感知环境等。机器视觉系统是基于机器视觉技术为机器或自动化生产线建立的一套视觉系统。机器视觉机器视觉 vsvs 人类视觉人类视觉人类视觉机器视觉适应性适应性强，可在复杂及变化的环境中识别目标适应性差，容易受复杂背景及环境变化的影响智能具有高级智能，可运用逻辑分析及推理能力识别变化的目标，并能总结规
2、律虽然可利用人工智能及神经网络技术，但智能很差，不能很好地识别变化的目标彩色识别能力对色彩的分辨能力强，但容易受人的心理影响，不能量化受硬件条件的制约，目前一般的图像采集系统对色彩的分辨能力较差，但具有可量化的优点灰度分辨力差，一般只能分辨64个灰度级强，目前一般使用256灰度级，采集系统可具有10bit、12bit、16bit等灰度级机器视觉机器视觉 vsvs 人类视觉人类视觉人类视觉机器视觉空间分辨力分辨率较差，不能观看微小的目标目前有4K4K的面阵摄像机和12K的线阵摄像机，通过备置各种光学镜头，可以观测小到微米大到天体的目标速度0.1秒的视觉暂留使人眼无法看清较快速运动的目标快门时间可
3、达到10微妙左右，高速像机帧率可达到1000以上，处理器的速度越来越快感光范围400nm-750nm范围的可见光从紫外到红外的较宽光谱范围，另外有X光等特殊摄像机环境要求对环境温度、湿度的适应性差，另外有许多场合对人有损害对环境适应性强，另外可加防护装置机器视觉系统作用机器视觉技术机器视觉技术功能功能缩短产品缩短产品进入市场时间进入市场时间100%100%检测检测100%100%质量保证质量保证提高产量提高产量集成化生产集成化生产精确测量精确测量改进生产流程改进生产流程及时过程监控及时过程监控机器视觉应用领域高速检测高速检测精确机器人导航精确机器人导航定位及配准定位及配准装配检测装配检测PCB
4、PCB检测检测表面检测表面检测纹理分析纹理分析遥感遥感医学图像分析医学图像分析测量测量一维码读取一维码读取OCR&OCVOCR&OCV匹配匹配印刷检测印刷检测BlobBlob分析分析机器视觉应用领域光学行业光学行业纸制品纸制品药物药物照相学和遥感照相学和遥感印刷印刷铁路运输铁路运输监控监控航空宇航航空宇航造船造船无线通信无线通信交通交通木材木材等等等等半导体半导体汽车制造汽车制造制陶业制陶业化学业化学业电子部件及设备电子部件及设备食品业食品业玻璃业玻璃业生命科学生命科学医学医学钢铁钢铁矿业矿业机器视觉系统构成机器视觉系统构成模拟相机模拟相机光源CCD/CMOS图像传感器镜头被测物体模拟视频流摄
5、像机图像采集卡图像内存中数字图像应用结果 孔半径1233.147 mm3.052 mm2.785 mm 机器视觉软件FGI/O机器视觉系统构成机器视觉系统构成数字摄像机数字摄像机光源CCD/CMOS图像传感器镜头被测物体图像数据数字摄像机（USB/1394a/1394b/GigE/CameraLink）图像内存中数字图像应用结果 孔半径1233.147 mm3.052 mm2.785 mm 机器视觉软件FGI/O机器视觉系统构成机器视觉系统构成智能摄像机智能摄像机光源CCD/CMOS图像传感器镜头被测物体模拟图像数据智能摄像机图像内存中数字图像应用结果 孔半径1233.147 mm3.052
6、mm2.785 mm 机器视觉软件FGI/O机器视觉市场 机器视觉系统中部件包括：光源、工业摄像机、图像采集卡、镜头、图像处理设备等。机器视觉市场包括:部件生产商 代理商 系统集成商机器视觉系统机器视觉系统组件组件照明光源照明光源照明光源照明光源机器视觉系统机器视觉系统照明光源分类照明光源分类高频荧光灯卤素灯LED灯机器视觉系统机器视觉系统照明光源对比照明光源对比LEDLED光源特点光源特点 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
7、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。光源选型对成像影响实例光源选型对成像影响实例低角度照明应用实例低角度照明应用实例机器视觉系统组件机器视觉系统组件镜头镜头镜头成像尺寸成像尺寸焦距与视场角焦距与视场角焦距与视场角焦距与视场角例如：使用HV1303UM拍摄视野为440mm*330mm拍摄距离为2500mm常用公式常用公式放大率物距像距焦距物高像高LLhhm/)/11(mfL)1(mfL)/11/(mLfffLhmhh/)(/ffLhmhh/)(镜头选型镜头选
8、型分辨率焦距光圈景深成像尺寸视场角远心畸变机器视觉系统组件机器视觉系统组件工业摄像机工业摄像机工业摄像机工业摄像机工业摄像机分类工业摄像机分类 CCD SensorFull Frame Array Sensor CCD SensorFull Frame Array SensorOutput(Amplifier)Serial readout register优点：填充因子(fill factor)可以达到非常高，甚至达到100%。这样Sensor灵敏度非常大。缺点：由于传输和读出使用的时钟相同，因此Sensor上面的部分曝光时间比下面的长，这会造成Smear现象。为了解决这个问题，必须使用机械快
9、门或闪光灯。CCD SensorFrame Transfer Sensor CCD SensorFrame Transfer Sensor解决了Full Frame Array Sensor发生Smear现象的问题从感光部分转移到屏蔽存储区域的时间约为500us优点：在曝光时间较长的情况下，Smear现象比Full Frame Array Sensor小很多缺点：由于需要两个Sensor，因此成本非常高Light sensitiveCCD-sensorShieldedmemory areaReadout register.CCD SensorInterline Transfer Sensors
10、 CCD SensorInterline Transfer Sensors转移时间约为1us，因此完全不存在Smear现象。优点：由于转移时间非常短，因此不需要使用机械快门或闪光灯缺点：由于屏蔽区占用了Sensor的部分面积，因此使得此种传感器填充因子只能在20%70%添加微镜头可以增加填充因子Horizontal shift registersvertical shift registerShielded(Photo diodes)Sensor elementsOutput(Amplifier)Interlaced Scan Interlaced Scan vsvs Progressive
11、Scan Progressive ScanInterlaced ScanProgressive Scan Rolling Shutter Rolling Shutter vsvs Global Shutter Global ShutterRolling ShutterGlobal Shutter 彩色摄像机彩色摄像机1.Bayer2.3CCD3.3Lines4.彩色摄像机效果对比彩色摄像机效果对比3CCDRaw ImageBayerDifference工业摄像机接口类型工业摄像机接口类型工业摄像机接口类型工业摄像机接口类型CameraLinkCameraLinkUsb2.0Usb2.01394
12、a1394a1394b1394bGigEGigE速度Base:1.5GbpsMedium:3.8GbpsFull:5.1 Gbps480Mbps400Mbps800Mbps1000Gbps100Mbps距离10m5m4.5m4.5m100m100m优势1.带宽高2.有带预处理功能的采集设备3.抗干扰能力强1.易用2.价格低3.多相机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100m3.有标准DCAM协议4.CPU占用最低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，线缆价格低缺点1.价格高
13、2.线中不带供电1.无标准协议2.CPU占用高1.长距离传输线缆价格稍贵1.CPU占用高2.对主机配置要求高3.有时存在丢包现象1.无标准协议2.带宽过低3.CPU占用过高PCI PCI vsvs PCI-E PCI-EPCI-32PCI-32PCI-64PCI-64PCI-ExpressPCI-Express速度133MBps266MBps1x 266MBps2x 266*2 MBps4x 266*4 MBps8x16x32x 8.25GBpsPCI Express采用的是点对点通信机制，各个插槽都将通过各自独享的通道发送和接受数据，这样就可以避免出现不同设备同时争抢系统和CPU资 源的情况
14、。工业摄像机选型工业摄像机选型1.根据摄像机拍摄的视野以及系统需要达到的精度选择分辨率2.根据拍摄对象运动与否选择合适相机3.根据生产线速度选择合适帧率4.根据相机接口类型以及相机数量选择合适的采集卡例如：某视觉检测系统需要两个检测工位拍摄过程中工件不停止。两个工位视野相同，均为400mm*300mm。要求检测精度达到0.4mm以上。检测速度大于每分钟1000工件。回顾回顾简单介绍了机器视觉系统以及机器视觉系统中几个简单介绍了机器视觉系统以及机器视觉系统中几个重要的组成部分，包括光源、镜头和摄像机。重要的组成部分，包括光源、镜头和摄像机。后面的培训中将按照产品类型进行详细介绍。并且后面的培训中将按照产品类型进行详细介绍。并且将细致地介绍与某产品类型相关的技术细节。如模将细致地介绍与某产品类型相关的技术细节。如模拟相机、拟相机、13941394传输协议、传输协议、GigEGigE传输协议、各种光源传输协议、各种光源选型、选型、HALCONHALCON功能介绍等等。功能介绍等等。中国大恒（集团）有限公司北京图像视觉技术分公司中国大恒（集团）有限公司北京图像视觉技术分公司Thank You For Your Attention!
