视觉检测技术PPT文档格式.ppt
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,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:
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:
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:
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:
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:
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/