机器视觉系统中相机的分类

机器视觉（相机、镜头、光源）全面概括分类：机器视觉2013-08-19 10:52 1133人阅读评论(0) 收藏举报机器视觉工业相机光源镜头1.1.1视觉系统原理描述机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。

机器视觉系统是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分CMOS 和CCD 两种）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。

2.1.1视觉系统组成部分视觉系统主要由以下部分组成1.照明光源2.镜头3.工业摄像机4.图像采集/处理卡5.图像处理系统6.其它外部设备2.1.1.1相机篇详细介绍：工业相机又俗称摄像机，相比于传统的民用相机（摄像机）而言，它具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等，目前市面上工业相机大多是基于CCD（ChargeCoupled Device）或CMOS（Complementary Metal OxideSemiconductor）芯片的相机。

CCD是目前机器视觉最为常用的图像传感器。

它集光电转换及电荷存贮、电荷转移、信号读取于一体，是典型的固体成像器件。

CCD的突出特点是以电荷作为信号，而不同于其它器件是以电流或者电压为信号。

这类成像器件通过光电转换形成电荷包，而后在驱动脉冲的作用下转移、放大输出图像信号。

典型的CCD相机由光学镜头、时序及同步信号发生器、垂直驱动器、模拟/数字信号处理电路组成。

CCD作为一种功能器件，与真空管相比，具有无灼伤、无滞后、低电压工作、低功耗等优点。

CMOS图像传感器的开发最早出现在20世纪70 年代初，90 年代初期，随着超大规模集成电路(VLSI) 制造工艺技术的发展，CMOS图像传感器得到迅速发展。

CMOS图像传感器将光敏元阵列、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换电路、图像信号处理器及控制器集成在一块芯片上，还具有局部像素的编程随机访问的优点。

机器视觉中用的工业相机与普通相机的区
别
机器视觉系统就是利用机器代替人眼来作各种测量和判断。

机器视觉相机的目的是将通过镜头投影到传感器的图像传送到能够储存、分析和(或者)显示的机器设备上。

作为机器的“眼睛”,相机占据非常重要的地位。

按照不同标准可分为标准分辨率数字相机和模拟相机等。

根据不同的实际应用场合选不同的相机和高分辨率相机线扫描CCD和面阵CCD;单色相机和彩色相机。

那么工业相机和我们日常生活中用的普通相机有什么区别呢?
1、工业相机的快门时间非常短,可以抓拍快速运动的物体,工业相机的快门时间般都是微秒级的,配合光源、频闪控制器以及全屏曝光,可以有效解决拖影等问题。

2、工业相机的拍摄速度远远高于一般相机。

工业相机每秒可以拍摄十幅到几百幅甚至更多的图片,而一般相机只能拍摄2-3幅图像,相差甚远。

3、工业相机的图像传感器是逐行扫描的,而一般摄像机的图像传感器是隔行扫描的,甚至是隔三行扫描的。

逐行扫描的图像传感器生产比较困难,成品率低,出货量也少,例如Dalsa、avt等,价格相对比较昂贵。

4、工业相机输出的是裸数据,其光谱范围也往往比较宽,比较适台进行高质量的图像处理算法,普遍应用于机器视觉系统中。

而一般相机(DSC)拍摄的图片,其光谱范围只适合人眼视觉,并且经过了MPEG压缩,图像质量也较差。

由于工业相机区别于普通相机的技术优势,工业相机更多的应用到各大领域中。

招聘机器视觉工程师笔试题及解答(某大型央企)(答案在后面)一、单项选择题（本大题有10小题，每小题2分，共20分）1、机器视觉系统的基本组成包括哪几个部分？A. 计算机、相机、镜头、光源B. 相机、镜头、光源、转换器C. 相机、触发器、镜头、释放器D. 传感器、控制电路、信号处理器、显示装置2、在机器视觉应用中，下列哪种相机类型在高速度和高分辨率方面表现优越？A. CMOS相机B. CCD相机C. 红外相机D. 长线阵相机3、以下哪种技术是实现机器视觉中的图像分割的主流方法？A. 支持向量机（SVM）B. 深度神经网络（Deep Neural Network）C. 朴素贝叶斯（Naive Bayes）D. 卡尔曼滤波器（Kalman Filter）4、以下哪项不是机器视觉系统性能评估的指标？A. 分辨率B. 响应时间C. 可靠性D. 噪声容忍度5、在机器视觉系统中，用于将模拟图像信号转换为数字信号以便计算机处理的设备是：A. 光源B. 镜头C. 图像传感器D. 图像处理器6、以下哪种算法通常用于机器视觉中的边缘检测？A. 霍夫变换B. 傅里叶变换C. Canny边缘检测D. 离散余弦变换7、在机器视觉系统中，为了提高图像处理的速度，下列哪一项不是常用的优化方法？A. 使用硬件加速技术B. 减少图像分辨率C. 增加图像的色彩深度D. 采用更高效的算法8、当使用Hough变换检测图像中的直线时，如果需要检测的直线倾斜角度范围是0°到90°，那么累加器的维度应该是多少？A. 1维B. 2维C. 3维D. 4维9、在机器视觉领域，以下哪个不是常用的图像处理算法？A、Sobel算子B、Canny算子C、Laplacian算子D、K-means聚类 10、在深度学习模型中，以下哪个不是常用的卷积神经网络（CNN）结构？A、LeNet-5B、AlexNetC、VGG-16D、RNN二、多项选择题（本大题有10小题，每小题4分，共40分）1、机器视觉系统的核心技术包括哪些方面？（）A. 图像采集B. 图像处理与分析C. 物体识别D. 系统集成E. 传感器技术2、在机器视觉工程中，常见的检测任务有哪些？（）A. 缺陷检测B. 颜色识别C. 对象定位D. 精度测量E. 动态跟踪3、以下哪些是机器视觉系统的关键组成部分？（）A、光源B、图像传感器C、图像采集卡D、计算机视觉算法E、镜头F、图像处理软件4、以下关于深度学习的说法，正确的是哪些？（）A、深度学习可以提高机器视觉系统的准确率B、深度学习主要应用在图像识别和分类领域C、深度学习模型需要庞大的数据和计算资源D、深度学习可以在没有任何标注数据的情况下进行学习E、深度学习可以提高系统对复杂场景的适应能力5、在机器视觉系统中，下列哪些方法可以用来提高图像的特征提取准确性？A、增加图像的对比度和亮度B、使用高斯模糊来减少噪声C、应用边缘检测算法如Canny边缘检测D、增加图像分辨率E、使用不变矩进行形状识别F、仅使用灰度图像而不使用彩色图像6、下列哪些是常用的机器视觉算法类别？A、模板匹配B、支持向量机(SVM)C、卷积神经网络(CNN)D、遗传算法E、傅里叶变换F、以上全部7、关于机器视觉中的图像处理，以下哪些说法是正确的？（）A. 图像增强可以提高图像质量，但不会影响图像的尺寸B. 图像压缩可以减小图像数据量，但可能会损失一些信息C. 图像分割是将图像分割成若干区域的过程D. 边缘检测是提取图像中物体边缘的过程E. 图像滤波可以去除图像中的噪声8、以下关于深度学习的描述，哪些是正确的？（）A. 深度学习是机器学习的一个分支，主要研究层次化的神经网络B. 深度学习模型通常具有大量的参数和节点，导致计算量较大C. 深度学习在图像识别、语音识别等领域取得了显著的成果D. 深度学习模型训练过程中需要大量的数据E. 深度学习模型具有较好的泛化能力，但可能会过拟合9、9、针对机器视觉系统的硬件选型，下列哪些因素是需要考虑的关键因素？（）A. 图像传感器类型B. 系统响应时间C. 摄像机分辨率D. 光源特性E. 传感器尺寸 10、 10、哪几种典型的机器视觉技术能够有效应对光照变化带来的挑战？（）A. 背光照明B. 侧光照明C. 透射照明D. 平行光照明E. 三维激光扫描三、判断题（本大题有10小题，每小题2分，共20分）1、机器视觉系统通常不用于工业自动化领域。

基于HALCON的机器视觉系统的研究与实现近年来，机器视觉系统以其高效率、高可靠、低成本的特点在国外取得了广泛的应用。

机器视觉系统适用于众多领域，例如工业自动化、医药业、制造业、农业等，弥补了人类视觉的很多不足。

本文采用德国MVTec公司的专业机器视觉软件HALCON来开发机器视觉系统，提出了相关机器视觉实现方法，并且在机器视觉实验平台上完成了一个弹簧片检测任务。

目前关注较多的是机器视觉系统的硬件部分，而机器视觉软件部分关注较少，一个先进的机器视觉系统除了具有高性能的硬件外，还需要有高性能的软件，虽然说许多常见的开发软件例如Mircosoft的Visual Studio、NI的LabWindows\CVI等等都可以开发机器视觉系统，但是开发周期比较长，针对性较弱，程序的复杂程度较高。

而采用HALCON作为机器视觉和图像处理核心软件，不仅大大缩短了开发周期，降低了开发难度，而且可以参考HALCON提供的众多机器视觉和图像处理例程来针对具体的任务做具体开发。

文章的第一章研究了机器视觉系统的组成、应用现状和发展，并且对机器视觉软件HALCON做了概述。

第二章根据相关要求，选择合适的硬件单元，设计和搭建了VS-ZM1200机器视觉实验平台。

第三章研究了机器视觉中常用的一些图像处理技术，重点讨论了在弹簧片检测任务中所采用的图像处理技术和算法，如图像的增强，分割，边缘检测等。

第四章研究了机器视觉软件，重点研究了HALCON，并且对在Visual C++开发环境下如何使用HALCON编写的程序做了讨论。

第五章介绍了在VS-ZM1200机器视觉实验平台上，使用HALCON和Visual C++开发的一套弹簧片检测系统，该系统完成关于弹簧片的尺寸参数测量和外观参数判别的任务。

第一章：绪论1.1机器视觉概述人类在征服自然、改造自然和推动社会进步的过程中,为了克服自身能力、能量的局限性,发明和创造了许多机器来辅助或代替人类完成任务。

工作原理：机器视觉检测系统采用CCD照相机将被检测的目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，如面积、数量、位置、长度，再根据预设的允许度和其他条件输出结果，包括尺寸、角度、个数、合格/ 不合格、有/ 无等，实现自动识别功能。

①工业相机与工业镜头——这部分属于成像器件，通常的视觉系统都是由一套或者多套这样的成像系统组成，如果有多路相机，可能由图像卡切换来获取图像数据，也可能由同步控制同时获取多相机通道的数据。

根据应用的需要相机可能是输出标准的单色视频（RS-170/CCIR）、复合信号（Y/C）、RGB信号，也可能是非标准的逐行扫描信号、线扫描信号、高分辨率信号等。

②光源——作为辅助成像器件，对成像质量的好坏往往能起到至关重要的作用，各种形状的LED灯、高频荧光灯、光纤卤素灯等都容易得到。

③传感器——通常以光纤开关、接近开关等的形式出现，用以判断被测对象的位置和状态，告知图像传感器进行正确的采集。

④图像采集卡——通常以插入卡的形式安装在PC中，图像采集卡的主要工作是把相机输出的图像输送给电脑主机。

它将来自相机的模拟或数字信号转换成一定格式的图像数据流，同时它可以控制相机的一些参数，比如触发信号，曝光/积分时间，快门速度等。

图像采集卡通常有不同的硬件结构以针对不同类型的相机，同时也有不同的总线形式，比如PCI、PCI64、Compact PCI，PC104，ISA等。

⑤PC平台——电脑是一个PC式视觉系统的核心，在这里完成图像数据的处理和绝大部分的控制逻辑，对于检测类型的应用，通常都需要较高频率的CPU，这样可以减少处理的时间。

同时，为了减少工业现场电磁、振动、灰尘、温度等的干扰，必须选择工业级的电脑。

⑥视觉处理软件——机器视觉软件用来完成输入的图像数据的处理，然后通过一定的运算得出结果，这个输出的结果可能是PASS/FAIL信号、坐标位置、字符串等。

机器视觉选型相机规则机器视觉是一种模拟人眼进行图像识别和处理的技术，广泛应用于工业自动化、无人驾驶、安防监控等领域。

而相机作为机器视觉的重要组成部分，其选型规则对于机器视觉系统的性能和稳定性具有关键影响。

本文将从分辨率、帧率、感光元件、镜头、接口等方面介绍相机选型的规则。

一、分辨率相机的分辨率是指图像的像素数量，通常用横向像素数和纵向像素数表示。

分辨率越高，图像细节越丰富，但也会增加图像处理的计算量。

在选择相机分辨率时，需根据实际应用场景和需求来确定，避免过高或过低的分辨率。

二、帧率帧率是指相机每秒传输的图像帧数，常用单位为fps（Frames Per Second）。

帧率越高，图像的连续性越好，适用于高速运动物体的检测和追踪。

但高帧率相机通常价格昂贵，且会增加数据处理的复杂度。

三、感光元件感光元件是相机的核心部件，决定了图像的质量和灵敏度。

常见的感光元件有CCD和CMOS两种。

CCD感光元件具有较高的图像质量和低噪声特性，适用于对图像质量要求较高的应用场景；而CMOS感光元件则具有低功耗、高速度、集成度高等优势，适用于对帧率要求较高的应用场景。

四、镜头镜头是相机的光学系统，直接影响图像的清晰度和视场范围。

选择镜头时，需考虑焦距、光圈、视场角等参数。

焦距决定了镜头的放大倍数，光圈决定了镜头的透光能力，视场角决定了镜头的拍摄范围。

根据实际需求，选择合适的镜头参数，以获得清晰、准确的图像。

五、接口相机与其他设备的连接通常通过接口完成，常见的接口有USB、GigE、Camera Link等。

USB接口简单易用，适用于小型相机和低带宽应用；GigE接口具有较高的传输速度和稳定性，适用于大带宽应用；Camera Link接口则适用于对图像传输速度和稳定性要求较高的应用。

总结起来，机器视觉选型相机的规则包括分辨率、帧率、感光元件、镜头和接口。

在选型时，需根据实际应用需求和预算来确定各项参数。

同时，还需要考虑相机的稳定性、可靠性和兼容性等因素，以确保机器视觉系统的正常运行和性能表现。

机器视觉系统中相机的分类工业相机作为机器视觉系统中的核心部件，对于机器视觉系统的重要性是不言而喻的。

依据分类的不同，相机又分为许多种。

下面我们来总结一下。

1按芯片技术分类：CCD相机VSCMoS相机芯片主要差异在于将光转换为电信号的方式。

对于CCD传感器，光照耀到像元上，像元产生电荷，电荷通过少量的输出电极传输并转化为电流、缓冲、信号输出。

对于CMC)S传感器，每个像元自己完成电荷到电压的转换，同时产生数字信号。

2按靶面类型分类：面阵相机vs线阵相机相机不仅可以依据传感器技术进行区分，还可以依据传感器架构进行区分。

有两种主要的传感器架构：面扫描和线扫描。

面扫描相机通常用于输出直接在监视器上显示的场合。

线扫描相机用于连续运动物体成像或需要连续的高辨别率成像的场合。

线扫描相机的一个自然的应用是静止画面(WebInSPeCtiOn)中要对连续产品进行成像，比如纺织、纸张、玻璃、钢板等。

同时，线扫描相机同样适用于电子行业的非静止画面检测。

像德国KaPPa相机依据它CCD的规格也会有线阵、面阵之分。

3按输出模式分类：模拟相机vs数字相机依据相机数据输出模式的不同分为模拟相机和数字相机，模拟相机输出模拟信号，数字相机输出数字信号。

模拟相机和数字相机还可以进一步细分，比如德国KaPPa相机按数据接口又包括：USB2.0接口、EE1394a/FireWire.CameraLink接口、千兆以太网接口。

模拟相机分为逐行扫描和隔行扫描两种，隔行扫描相机又包含EIA、NTSC›CeIR、PAL等标准制式。

有关接口技术的具体介绍请参考采集卡及采集技术部分。

4彩色相机vs黑白相机黑白相机直接将光强信号转换成图像灰度值，生成的是灰度图像；彩色相机能获得景物中红、绿、蓝三个重量的光信号，输出彩色图像。

彩色相机能够供应比黑白相机更多的图像信息。

彩色相机的实现方法主要有两种，棱镜分光法和Bayer滤波法。

棱镜分光荣色相机,采用光学透镜将入射光线的R、G、B重量分别，在三片传感器上分别将三种颜色的光信号转换成电信号(如下图所示)，最终对输出的数字信号进行合成，得到彩色图像。

工业相机分类工业相机是一种用于机器视觉应用的相机，它由传感器和图像处理硬件组成。

它可以捕捉高分辨率图像并将其传输给电脑，从而帮助实现自动驾驶软件、机器视觉传感器、机器视觉测试系统、工业机器人、精密检测等机器视觉任务。

工业相机的类型有很多，主要分为以下几类：传感器类型，格式，结构，物理接口类型，分辨率，帧率，输出数据格式等。

1）传感器类型。

传感器是工业相机的核心，它可以捕捉到较低的分辨率的图像和较高的分辨率的图像。

目前有CMOS和CCD两种传感器，分别由康明斯和西门子生产。

CMOS传感器可以捕捉到较低的分辨率的图像，但是其成本较低。

而CCD传感器可以捕捉到较高的分辨率的图像，但是其成本较高。

2）格式。

工业相机的格式有很多，常见的格式有超4:3，甜甜圈，全尺寸，.5等。

超4:3是最新的格式，它能够提供更高的清晰度和更高的帧率。

甜甜圈格式可以捕捉到较高的分辨率的图像，但是它的帧率较低。

.5格式是最小的格式，可以捕捉到较低的分辨率的图像，但是它的帧率较高。

3）结构。

工业相机的结构也有很多，常见的有紧凑型，大小形和普通形等。

紧凑型相机可以提供更小的尺寸，更低的功耗和噪声，更高的成像质量，更高的帧率，更灵敏的传感器，更快的图像传输速度等优势，是应用在一些苛刻环境下的佳选。

而大小形则更适合应用于多种环境，其尺寸更大，但也更耐用面广。

4）物理接口类型。

工业相机的物理接口类型也有很多，包括USB，GigE，CameraLink等。

USB可以提供更高的数据传输速度，更小的体积，更低的成本，是一种常见的物理接口。

GigE可以提供最高的数据传输速度，更高的图像质量，更宽的传感器范围，是一种常见的物理接口。

CameraLink可以提供更低的错误率，更快的图像传输速度，更高的帧率，是一种常见的物理接口。

5）分辨率。

工业相机的分辨率也有很多，包括VGA，SVGA，XGA，UXGA等。

VGA可以捕捉到较低的分辨率的图像，但是它的帧率也较低。

工业机器视觉相机市场报告主要研究：工业机器视觉相机市场规模：产能、产量、销售、产值、价格、成本、利润等工业机器视觉相机行业竞争分析：原材料、市场应用、产品种类、市场需求、市场供给，下游市场分析、供应链分析、主要企业情况、市场份额、并购、扩张等工业机器视觉相机是机器视觉系统中的关键组件，其最本质的功能是将光信号转变为有序的电信号。

工业相机通常具有高图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力，能够在各种复杂环境下稳定工作。

此外，其快门时间较短，能够抓拍高速运动的物体。

2023年全球工业机器视觉相机市场销售额达到了19.25亿美元，预计2030年将达到31.3亿美元，年复合增长率（CAGR）为7.3%（2024-2030）。

工业机器视觉相机（Machine Vision Camera For Industrial）的全球主要生产商有Teledyne，Basler AG和Cognex Corporation。

这三家公司占据了全球市场总额半数有余。

从地区来看，欧洲和亚太地区是最大的两个市场，占市场总量的60%以上。

从类型来看，面阵相机（Area Scan Camera）占据市场主导地位，市场总额保有量达75%。

从应用角度而言，制造业是最大利用对象，保有60%以上的市场份额。

（Win Market Research）辰宇信息报告分析工业机器视觉相机行业竞争格局，包括全球市场主要厂商竞争格局和中国本土市场主要厂商竞争格局，重点分析全球主要厂商工业机器视觉相机产能、销量、收入、价格和市场份额，全球工业机器视觉相机产地分布情况、中国工业机器视觉相机进出口情况以及行业并购情况等。

针对工业机器视觉相机行业产品分类、应用、行业政策、产业链、生产模式、销售模式、行业发展有利因素、不利因素和进入壁垒也做了详细分析。

全球及中国主要厂商包括：Basler AGTeledyneSonyTKH GroupFLIR Systems, Inc.Cognex CorporationToshiba TeliBaumer Holding AG海康威视浙江大华技术股份有限公司IDSJai大恒图像OmronCIS CorporationNational Instruments按照不同产品类型，包括如下几个类别：面阵相机线阵相机按照不同应用，主要包括如下几个方面：制造业医药以及生命科学安保监视智慧交通其他报告包含的主要地区和国家：北美（美国和加拿大）欧洲（德国、英国、法国、意大利和其他欧洲国家）亚太（中国、日本、韩国、中国台湾地区、东南亚、印度等）拉美（墨西哥和巴西等）中东及非洲地区（土耳其和沙特等）报告正文共11章，各章节主要内容如下：第1章：报告统计范围、产品细分、下游应用领域，以及行业发展总体概况、有利和不利因素、进入壁垒等；第2章：全球市场供需情况、中国地区供需情况，包括主要地区工业机器视觉相机产量、销量、收入、价格及市场份额等；第3章：全球主要地区和国家，工业机器视觉相机销量和销售收入，2019-2023，及预测2024到2030；第4章：行业竞争格局分析，包括全球市场企业排名及市场份额、中国市场企业排名和份额、主要厂商工业机器视觉相机销量、收入、价格和市场份额等；第5章：全球市场不同类型工业机器视觉相机销量、收入、价格及份额等；第6章：全球市场不同应用工业机器视觉相机销量、收入、价格及份额等；第7章：行业发展环境分析，包括政策、增长驱动因素、技术趋势、营销等；第8章：行业供应链分析，包括产业链、主要原料供应情况、下游应用情况、行业采购模式、生产模式、销售模式及销售渠道等；第9章：全球市场工业机器视觉相机主要厂商基本情况介绍，包括公司简介、工业机器视觉相机产品规格型号、销量、价格、收入及公司最新动态等；第10章：中国市场工业机器视觉相机进出口情况分析；第11章：中国市场工业机器视觉相机主要生产和消费地区分布。

机器视觉或称计算机视觉是用一个可以代替人眼的光学装置和传感器来对客观世界三维场景进行感知，即获取物体的数字图像，利用计算机或者芯片，结合专门应用软件来模拟人脑的判断准则而对所获取的数字图像进行测量和判断。

该技术已广泛用于实际的测量、控制和检测中，随着芯片技术发展，在人工智能各个领域应用也逐步展开。

一个典型的工业机器视觉系统包括：光源、镜头、相机(包括CCD相机和COMS 相机)、图像处理单元(或机器视觉芯片)、图像处理软件、监视器、通讯、输入输出单元等。

系统可再分为主端电脑、影像采集与影像处理器、影像摄影机、CCTV镜头、显微镜头、照明设备、Halogen光源、LED光源、高周波萤光灯源、闪光灯源、其他特殊光源、影像显示器、LCD、机构及控制系统、控制器、精密桌台、伺服运动机台。

机器视觉之于人工智能的意义等同于视觉之于人类的意义，而决定着机器视觉的就是图像处理技术。

不同的应用领域需要不同的图像处理算法来实现机器视觉。

常用的机器视觉领域图像算法有运动目标检测算法、基于深度学习的人脸算法等。

下面介绍下机器视觉中的运动目标检测图像算法，该方法是运动物体识别和跟踪的基础。

移动物体的检测依据视频图像中背景环境的不同可以分为静态背景检测和动态背景检测。

由于篇幅有限，我们这里只介绍静态背景检测算法。

常见的静态背景目标的检测算法包括帧间差分法、背景减除法、光流法等。

这些背景不变算法的优缺点描述如下图。

在上述检测算法中，帧间差分法和背景减除法更加适用于如视频监控、智能交通系统等图像背景静止的环境中。

光流法则更加适用于背景不断变化的动态环境中。

下面来介绍以上三种常用算法的基本原理。

帧间差分法适应环境能力强、计算量小、且稳定性好，是目前应用广泛的一类运动检测方法。

其原理是将相帧或者三帧序列图像像素点的对应灰度值进行相减，如果灰度差值大于阈值则说明此处物体发生了变化，它是运动的；如果像素的灰度差值小于给定阈值说明此处物体没有发生变化，认为它是静止的。

2D机器视觉基础技术Tanfan-137********目錄一﹑2D机器视觉概述 二﹑工业相机三﹑工业镜头四﹑工业光源五﹑应用实例详解2D 机器视觉概述机器视觉组成相機鏡頭光源圖像采集卡机器视觉的系统组成与人的组成相似,相机就像人的眼睛,只不过天生是近视眼,所以一般需要在它的前面加一个镜头,就像近视的人戴眼镜一样.当然,人没有光源,就看不清任何物体,所以视觉系统也一样,需要光源.采集卡相当于人的神经系统,传输数据.2D 视觉基本组成: 工业相机 工业镜头 工业光源 图像采集卡2D机器视觉概述2D视觉能做什么机器视觉的系统就像人的眼睛,通常可以对看到的物体进行成像,能区别各种各样的东西,这就是识别的应用;当一个物体来回运动,可以不断捕获和追踪,这是视觉的定位功能;为什么可以知道成像物体大小,高低,尺寸等特征,这就是测量部分,人們经常查看物体是否赃物,变形,缺陷等,这就是检测应用.2D视觉主要应用:识别定位测量检测2D机器视觉概述2D视觉应用领域2D机器视觉应用领域广泛,现在最火的Iphone手机,就是电子行业常用的一种,在医院常用的X光,B超等,这是医疗行业的一种代表,大街上随处可见的汽车,回家过年看到的火车,这是视觉在交通行业的另一种典型表现,现人力成本急剧增加,越来越多的公司开始将产品出货实现无人自动化,这些多是2D视觉经典应用.2D视觉主要应用:电子行业医疗行业汽车行业包装行业工业相机工业相机结构和原理工业相机原理:被摄物体的图片经过光学镜头聚焦到相机芯片上,在驱动电路提供的驱动脉冲下相机完成光电荷的转换,存储,转移和读取,从而将光学信号转换为电信号输出,信号处理电路接受来自相机的电信号,并进行采样保持,相关双采样,自动增益控制等处理,然后进行视频信号合成,将相机所输出的电信号轉换为所需要的视频格式输出.工业相机结构1.右图中上图为CCD芯片结构图.2.下图为CMOS芯片电路内部结构示意图.工业相机相机的分类按传感器类型按信号输出按图像模式按芯片类型相机分类：1.按芯片为(CCD 和CMOS)2.按传感器类型(面阵和线阵)3.按信号输出(模拟和数字)4.按图像模式(彩色和黑白)各类主要区别:1.通常CCD 比CMOS 贵,图像成像好.2.面阵常应用较小物体,线阵常应用大目标.3.模拟相机分辨率低,数字相机常用于高分辨率.4.彩色相机为彩图,一般为24bit,黑白相机为灰度图,一般为8bit.工业相机工业相机关键参数-分辨率分辨率是相机的基本参数,由相机所采用的芯片分辨率决定,是芯片靶面排列的像元数量.通常面阵相机的分辨率用水平和垂直分辨率两个数字来表示,如（1024PixelX768Pixel,）,而线阵相机的分辨率通常表示方式为多少K,常用單位為K,如1K(1024),2K(2048),4K(4096)等.使用技巧使用時通常需要知道图像单位(pixel)和实际物理单位(mm)之间的对应关系,即视觉系统所能达到的精度,计算公式如下:单方向视野大小/相机单方向分辨率=理论精度例如：视场水平方向的长度为32mm,相机水平方向分辨率是1600Pixel,所以视觉系统精度为32/1600=0.02mm.工业相机工业相机关键参数-帧率单位为FPS(帧/秒),指相机每秒钟能采集多少幅图像,1幅图像为1帧.例如15帧/秒,表示相机一秒钟能采集15幅图像.一般说来,分辨率越大,帧率越低.使用技巧1.目前市場上的工控机网卡大部分為100M的傳輸速率﹐如果需要用到2个2百萬像素以上的相机,必须考虑用千兆网卡.计算公式如下:相机像素/1024/1024*幀率=数据量(單位M) 2.在使用千兆网卡时,为了优化数据传输速率,有必要设置网卡的两个重要参数.工业相机工业相机关键参数-传感器尺寸CCD尺寸圖像尺寸（mm）水平﹕H 垂直﹕V 對角﹕D 1”12.89.6162/3”8.8 6.6111/2” 6.4 4.881/3” 4.8 3.661/4”3.62.74.6工业上,常用的传感器尺寸有如右图.使用技巧:在选择镜头時,一般遵循镜头最大兼用CCD 尺寸>=相机芯片尺寸.单CCD 相机1''2/3''1/2''1/3''1/4''1''镜头OK OK OK OK X 2/3''镜头X OK OK OK X 1/2''镜头X X OK OK OK 1/3''镜头XXXOKOK工业相机工业相机关键参数-数据传输接口对于数字相机来说,目前业内常用的接口有USB,IEEE1394,GigE,CameraLink等,对于不同接口,其特性不同.接口类型接口简介主要特性USB 目前采用的USB接口为USB2.0标准,最近推出USB3.0技术.普及度高,方便易用,低成本,高带宽(480M).IEEE13941394接口,又称为火线(FireWire),1394a最高传输速度为400Mbps,1394b最高传输速度为800Mbps.速度快,支持热插拔和即插即用.GigE 千兆网是一种最新的高速以太网技术.传输速度快(1000M),成本低.CameraLink CameraLink标准由美国工业学会AIA制定.通用性好,高速.工业相机工业相机关键参数-光谱响应光谱响应通常是指相机的芯片对不同波长的光线响应能力,X轴表示波长,Y轴表示响应.实验证明,相机芯片对500nm波长具有最好的光谱响应.工业镜头工业镜头结构镜头主要组成部件1.光圈：控制镜头入光亮的光学装置.2.聚焦环:调节图像清晰度装置.光圈是一个用来控制光线透过镜头,进入相机芯片的光量部件,它通常是在镜头内,用F值来表示.公式如下:f/倍数=通光量.当倍数从小到大变化(2~22),其通光量减少,实际的表現为图像变暗.聚焦是成像的必要条件,在实际应用中,常用的使用手法为,先将图像调试清晰,然后上下调整从清晰到模糊,即可确认最佳聚焦.工业镜头工业镜头分类远心镜头显微镜頭紅外镜头CCTV 镜头微距镜头紫外镜头镜头主要分类:1.按功能分类:定焦镜头,变焦镜头,定光圈镜头.2.按视角分类:普通镜头,广角镜头,远摄镜头.3.按焦距分类:短焦距镜头,中焦距镜头,长焦距镜头.4.按用途分类:CCTV镜头,远心镜头.右图为常见的类型.工业镜头工业镜头关键参数-分辨率镜头的分辨率要和相机相当,常常为了提高测量精度,选用高分辨率的相机,但实际测量效果没有多大提升.常用的工业相机可见如下几种：0.3M,0.4M,0.8M,1.3M,1.4M,2M,4M,5M,8M,12M.(單位Million)常用的工业镜头有如下几种:非百万级,亚百万级,百万级,五百万级,千万级.所以必须保证镜头的分辨率大于等于相机分辨率.工业镜头工业镜头关键参数-畸变指被摄物平面内的主轴外直线,经光学系统成像后变为曲线,则此光学系统的成像误差称为畸变.畸变像差只影响影像的几何形状,而不影响影像的清晰度.减少畸变的使用方法:1.通过标定,利用软件精确计算.2.相机芯片为镜头的80%大小.3.同一工艺下,长焦距优于短焦距.4.选用镜头制作工艺好的厂家.工业镜头工业镜头关键参数-焦距焦距镜头的焦距主要对视场,工作距离有较大影响.我们可以通过以下计算公式得到:视场/芯片=工作距离/焦距注意事项:1.以上公式的计算结果在工作距离越远,视场越小的情况下越准确.2.对于较近的工作距离(小于20mm),请在计算的结果上再加上镜头的一半或者三分之二作为工作距离值.3.如果已知其它参数,减去同样的值作为结果较为准确.工业镜头工业镜头关键参数-景深简单来讲,在镜头与物体垂直方向,成像最清晰时开始调节聚焦环到开始变得不清晰的距离X2,即为景深.实践经验:在视野和工作距离不变的情况下:1.焦距越小,景深越大,漸暈現象越嚴重､使相差邊緣的照度降低2.镜头离物体越远,景深越大.3.光圈越大,景深越小.景深工业镜头常用工业镜头特性分析鏡頭普通CCTV鏡頭遠心鏡頭優點用途廣﹐成本低﹐體積小.放大倍數恆定﹐不隨景深變化而變化﹐無視差.缺點放大倍率不同﹐放大倍率會有變化﹐有視差﹐鏡頭畸變大.成本高﹐尺寸大﹐重量重﹐鏡頭口徑要≧被測物體尺寸.應用大物體成像.精密測量.▪普通镜头测量时,由于投影误差（物体晃动）和周围杂光的影响,测量精度降低.▪远心镜头可以改善由于物体晃动和周围杂光的影响,提高测量精度.工业光源光源的作用照明系统是机器视觉系统最为关键的部分之一,直接关系视觉系统的成败,合适的光源设计,可以使目标物体与背景得到最大的分离,大大降低图像处理算法,同时提高系统的稳定性和可靠性.截至到目前,尚无一种通用的照明系统.光源的主要作用为:1.照亮目标,形成有利于图像处理的效果.2.克服环境光干扰,保证图像稳定.判断光源选择好壞的标准:1.对比度明显,目标和背景边界清晰.2.整体亮度均匀,亮度适中,颜色真实.工业光源光源类型白炽灯荧光灯光钎卤素灯LED 灯光源类型优点缺点LED 灯 1.反應快,10微秒或者更短时间达到最大亮度.2.寿命长(30000h-100000h),光亮度稳定.白炽灯亮度高,色温与日光接近. 1.使用寿命短(1000h).2.响应慢,发热大,易碎.卤素灯亮度高.1.使用寿命短(1000h).2.响应慢.3.没有光亮度和色温的变化.荧光灯扩散性好,适合大面积照射. 1.使用寿命短(1500h).2.响应慢,亮度暗.工业光源光源特性分析-波长31061091012101510181021102410電磁波遠紅外近紅外紅外可見光紫外X 射線Y 射線電磁波譜-光波的能量頻率（HZ ）※光是一种电磁辐射,真空波长在380nm---780nm 之间的那部分光是人眼所能看见的,称为可见光.不同的波长,对物体的穿透力(穿透率)不同,波长越长,对物体的穿透力愈强,波长越短,对物體表面的扩散率愈大.顏色紫外藍綠黃紅紅外波長范圍（nm）100-380380-510510-570570-600600-780780-1mm工业光源光源特性分析-颜色在进行图像处理时,要想使测量项目变得清晰可靠,因此考虑到补色的物体和照射光颜色有如下表对应关系.物体颜色白黑红蓝绿金银照明颜色红Good NO Normal Good Good Normal Good 蓝Normal NO Good Normal NO Good Normal 绿NO NO Good NO Normal NO NO白Normal Good NO NO NO NO NO工业光源常见光源环型同轴点光背光常见光源如右图所示.其特性如下:环形光源:易于制作,价格低廉,光照角度可设计大,其亮度强.背光光源:发光均匀,抗环境光源干扰,对不同材料的物体兼容性强.同轴光源:不易反射,减少光源损失,易于突出表面不平整.点光光源:设计灵活,形态多样,节约安装空间,功耗低.工业光源常见光源辅助器件光源辅助器材名称作用带通滤镜根据光源的波长,常用来去掉比目标光源小的波长.偏振片偏振片的材質是石英片﹐利用石英的物理偏光特性﹐把進來的光線保留直射部分﹐反射掉斜射部分﹐避免去影響旁邊的感光點.漫射板漫射板起到導光作用﹐將經過的光線均勻擴散.应用实例详解案例:黑色薄膜件说明:1.产品长56.8mm,宽35mm.居中贴合,公差±0.05mm.2.产品易变形,基准边有毛刺和锯齿.3.产品厚度为0.35mm.应用实例详解选型说明主要分为相机,镜头,光源三个部分的选型配置:相机和镜头:根据贴合居中要求,可以選用两个相机,四个相机,八个相机的方案.显然两个相机最经济.以5MCCD来算(2/3’’,芯片尺寸8.8mmX6.6mm,相机像素2448X2048),根据公式计算可知,镜头放大倍率为：8.8/57=1.54倍.相机精度为:57/2448=0.0232mm,为保险起见,通常会乘以30%的系数.大家知道远心镜头景深大,焦距不可变,成本高,而且通用性不好,所以选用可变焦的CCTV镜头.当然需要注意镜头的接口要和相机一致,镜头的分辨率符合相机的需求,镜头的尺寸大于或等于CCD芯片.光源:此产品为黑色物料,易反光.同軸光不易反射,可以突出表面,根據光源特性分析,黑色物料用白色光源,其對比性明顯,故正面用白色同轴光,下面用白色背光.注意事项：1.千兆网相机,请配专业千兆网卡.2.工控机请使用PCI-E16插槽.。