工业机器视觉课程13深度图讲解

工业机器视觉课程教学分析1. 引言1.1 研究背景工业机器视觉技术是近年来快速发展的一门新兴领域，其在自动化生产中扮演着越来越重要的角色。

随着制造业的快速发展，工业机器视觉技术的应用领域也越来越广泛，涉及到产品质量检测、自动化装配、智能物流等多个方面。

而工业机器视觉课程作为培养相关专业人才的重要环节，其教学内容和方法也受到了广泛关注。

在目前的教育环境下，工业机器视觉技术的快速发展对相关专业人才的需求也在不断增加。

对工业机器视觉课程进行深入的教学分析，旨在更好地了解该领域的教学现状，为教育教学提供有益的参考和借鉴。

通过对工业机器视觉课程的内容、方法、评价以及发展趋势进行分析，可以帮助教师们更好地进行课程设计和教学实践，提高教学质量，培养更多高水平的工业机器视觉专业人才。

1.2 研究意义工业机器视觉课程的教学意义主要体现在以下几个方面：通过工业机器视觉课程的学习，可以使学生了解工业机器视觉技术的基本原理和应用范围，提高他们的专业知识和实践能力，为他们将来从事相关领域的工作做好准备。

工业机器视觉技术是现代制造业发展的重要技术之一，掌握这门课程可以满足工业企业对于技术人才的需求，为学生提供更广阔的就业机会。

工业机器视觉技术在智能制造、智能物流等领域有着广泛的应用前景，学习这门课程有助于培养学生的创新意识和解决问题的能力，为他们未来的发展打下坚实的基础。

对工业机器视觉课程的教学进行深入分析和研究具有重要的意义和价值。

2. 正文2.1 工业机器视觉课程教学内容分析1. 基础理论知识：学生需要学习机器视觉的基本概念、原理和技术，包括光学成像、图像处理、模式识别等方面的知识。

2. 图像采集与传输技术：学生需要掌握图像采集设备的选择和使用，以及图像传输技术的原理和应用。

3. 图像处理算法：学生需要学习常见的图像处理算法，如边缘检测、图像增强、目标检测与识别等，以及这些算法在工业应用中的具体实现方法。

4. 视觉传感器与控制系统：学生需要了解不同类型的视觉传感器的特点和应用，以及如何将视觉传感器与控制系统相结合，实现工业生产过程中的自动化控制。

工业机器视觉课程教学分析工业机器视觉是一种利用摄像机、计算机和相应的软件对工业产品进行检测、分析和控制的技术。

随着制造业的发展和智能化水平的提高，工业机器视觉技术在生产过程中扮演着越来越重要的角色。

开设工业机器视觉课程能够提高学生的就业竞争力和实际应用能力。

一、课程目标1. 理论学习目标工业机器视觉课程主要是教授学生相关的理论知识，包括图像采集、图像处理、模式识别、机器学习等内容。

学生需要通过学习，掌握视觉系统的基本工作原理、图像处理算法、特征提取和识别技朩，掌握视觉传感器的原理和应用、机器视觉系统的构成和特点、机器视觉系统的应用领域和发展趋势等知识。

2. 实践操作目标除了理论学习，工业机器视觉课程还需要着重培养学生的实际操作能力。

学生需要学会使用相应的软件和硬件设备，能够独立完成图像的采集、处理和分析任务，具备图像处理系统的设计和实施能力，能够熟练运用视觉系统进行产品检测、定位和质量控制。

二、课程内容1. 图像采集与处理该部分主要包括图像采集技术和图像处理技术。

学生需要了解各种类型的图像采集设备，了解图像采集的原理和方法，掌握图像处理的基本算法和技术，能够实现图像的预处理、增强、分割等操作。

2. 特征提取和识别学生需要学习如何提取图像中的特征信息，并通过机器学习和模式识别方法进行特征识别和分类。

这一部分内容是工业机器视觉技术的核心内容，学生需要通过实践掌握相应的技术和方法。

3. 视觉传感器和智能控制该部分内容主要是介绍各种类型的视觉传感器的原理、特点和应用范围，以及视觉系统在自动控制和智能制造中的应用。

学生需要了解传感器的选择和配置方法，掌握视觉系统与控制系统的集成和协同工作方法。

4. 应用案例分析课程还应该结合实际的工业应用案例，对学生进行案例分析和解决问题的能力培养。

通过分析和讨论真实的应用案例，学生可以更深入地理解工业机器视觉技术在生产过程中的应用价值，增强实际问题的解决能力。

三、教学方法1. 理论教学与实践操作相结合在工业机器视觉课程中，理论教学和实践操作应该相结合，通过教师的讲解和示范，学生需要亲自动手操作，熟悉各种软件和设备的使用方法。

工业机器视觉技术的使用教程与示范工业机器视觉技术是一种应用于工业生产中的先进技术，通过使用摄像头及相关的图像处理算法，实现对产品、零件或生产过程的自动检测、测量和控制。

本文将为读者介绍工业机器视觉技术的基本原理、应用领域以及使用教程与示范。

一、工业机器视觉技术的基本原理工业机器视觉技术基于计算机视觉和图像处理技术，通过采集和处理相关图像数据来获取产品或过程的关键信息，并进行判断和控制。

其基本原理包括四个步骤：图像采集、图像预处理、特征提取和决策控制。

1. 图像采集：使用高分辨率的摄像头或工业相机对待检测的对象进行图像采集。

合适的光源和摄像角度能够提高图像质量和检测准确性。

2. 图像预处理：对采集到的图像进行预处理，包括去噪、增强、滤波等操作，以提高图像的质量和可信度。

通过预处理可以降低噪声对后续处理的影响，同时增强图像中待检测对象的特征。

3. 特征提取：利用图像处理算法从预处理后的图像中提取出与待检测对象相关的特征。

常用的特征提取方法包括边缘检测、颜色分割、形状匹配等。

特征提取的准确性和可靠性对于后续的决策控制至关重要。

4. 决策控制：通过对提取的特征进行分析和比较，给出对待检测对象是否合格的决策结果。

根据实际需求，可以进行分类、定位、测量、识别等不同形式的决策控制。

二、工业机器视觉技术的应用领域工业机器视觉技术具有广泛的应用领域，可以用于各个行业的生产和制造环节。

以下列举几个常见的应用领域：1. 自动化生产：工业机器视觉技术可以应用于自动装配线、流水线等生产环节，用于检测和控制产品的质量和工艺参数。

通过自动化的视觉系统，可以提高生产效率、降低成本、减少工人操作的疲劳度。

2. 品质检测：工业机器视觉技术可以应用于产品的缺陷检测、尺寸测量、表面判定等工作。

通过自动化的方式，提高了产品检测的准确性和效率，减少了人为因素的影响。

3. 无人驾驶：工业机器视觉技术在无人驾驶领域也有着广泛的应用。

通过图像采集和处理，实现对道路、车辆和交通标志等信息的感知和理解，以实现自动驾驶系统的智能控制。

工业机器视觉的使用教程和技巧工业机器视觉是现代工业生产中的重要技术手段，通过利用相机、图像处理系统和相关软硬件设备，对工业生产中的物体进行图像采集、处理和分析，实现自动检测、测量和控制。

下面将为您介绍工业机器视觉的使用教程和技巧，帮助您更好地应用这一技术。

一、工业机器视觉的教程1. 了解机器视觉系统的基本原理：机器视觉系统主要由相机、光源、图像采集卡、图像处理软件和机器控制器组成。

在使用前，需要了解机器视觉系统的基本原理和组成部件的工作原理。

2. 学习图像采集技巧：图像采集是机器视觉的基础，良好的图像质量对于后续的图像处理和分析至关重要。

在采集图像时，需要注意光源的选择、曝光时间的控制、拍摄角度等因素，确保所采集的图像清晰、准确。

3. 掌握图像处理技术：图像处理是机器视觉的核心环节，包括图像滤波、边缘检测、特征提取等处理步骤。

学习图像处理算法和工具的使用，掌握图像处理过程中常用的方法和技巧，能够有效地提升图像处理的效果。

4. 学习机器学习技术：机器学习是工业机器视觉中的重要技术手段，通过训练模型，使机器视觉系统能够自动学习和识别特定的图像特征。

学习机器学习算法和相应的编程工具，能够快速构建和训练模型，提高机器视觉系统的准确性和稳定性。

5. 熟悉工业应用场景：不同的工业应用场景对于机器视觉系统的要求也不同，需要了解具体的应用需求和限制。

例如，在检测产品质量时需要关注尺寸、形状、缺陷等因素；在物体定位和识别时需要关注姿态、位置、模式等因素。

二、工业机器视觉的技巧1. 合理选择相机和镜头：相机和镜头是机器视觉系统的核心组件，需要根据应用需要选择合适的相机和镜头。

在选择相机时，要考虑分辨率、灵敏度、帧率等参数，以及相机与图像处理系统的兼容性；在选择镜头时，要考虑焦距、视场角、光圈等参数，以及镜头与相机的适配性。

2. 合理设计光源系统：光源是机器视觉中的重要组成部分，对于图像的亮度、对比度和色彩质量有着重要影响。

第1章工业机器视觉基础教程-绪论工业机器视觉应用基础—HALCON篇第一章绪论1.1工业机器视觉的概念工业机器视觉，是机器视觉在工业领域内的应用，它是在生产过程中，用机器代替人眼来做测量和判断。

由于机器视觉系统可以快速获取大量信息，而且易于自动处理，也易于和其它控制信息的集成，因此，在现代自动化生产过程中，人们将机器视觉系统广泛地用于工况监视、成品检验和质量控制等领域，特别是在一些不适合于人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合。

同时，在大批量工业生产过程中，用人工视觉检查产品质量不仅效率低、稳定性差且精度不高，用机器视觉检测方法可以大大提高生产的自动化程度，并大大提高生产效率，工业机器视觉是实现智能制造的基础技术之一。

1.2工业机器视觉的应用领域1.目标识别目标识别，是利用机器视觉对图像进行处理、分析和理解，以识别各种不同模式的目标和对象。

图像识别工业领域中典型应用有形状识别、颜色识别、纹理识别、条码识别、字符识别等等。

2.表面质量检测应用检测是机器视觉工业领域主要的应用之一。

目前，机器视觉主要应用于产品的表面质量检测，即通过机器视觉的方法，发现产品表面存在的质量缺陷。

1.2工业机器视觉的应用领域3.目标定位目标定位是工业机器视觉领域基本的应用之一，它要求机器视觉系统能够快速准确地找到被测目标并确认其位置，以指导后续的加工与运动控制。

该功能通常与机器手臂配合使用，实现生产线上的自动组装、包装，以及焊接、喷涂等等。

4.测量工业机器视觉中的测量，是通过获得目标的图像后，经过图像处理，计算得到目标的外观尺寸，进而指导后续的生产与加工。

1.3工业机器视觉的基本原理1.3.1工业机器视觉涉及的关键技术1.硬件技术工业机器视觉涉及到硬件包括光源、镜头、相机、图像采集卡、数据传输设备、运动控制模块等设备。

2.图像处理技术图像处理(DigitalImage Processing)是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术，它是机器视觉的核心。

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.。