高精度針孔檢測(cè)設(shè)備
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2023-01-09 13:04:30 精質(zhì)視覺
圖像獲取：光源、鏡頭、相機(jī)、采集卡、機(jī)械平臺(tái)。圖像處理與分析：工控主機(jī)、圖像處理分析軟件、圖形交互界面。判決執(zhí)行：電傳單元、機(jī)械單元。
光源——光路原理
照相機(jī)并不能看見物體，而是看見從物體表面反射過來的光。
鏡面反射：平滑表面以對(duì)頂角反射光線。漫射反射：粗糙表面會(huì)從各個(gè)方向漫射光線。發(fā)散反射：多數(shù)表面既有紋理，又有平滑表面，會(huì)對(duì)光線進(jìn)行發(fā)散反射。
光源——作用和要求
在機(jī)器視覺中的作用，照亮目標(biāo)，提高亮度，形成有利于圖像處理的效果，克服環(huán)境光照影響，保證圖像穩(wěn)定性，用作測(cè)量的工具或參照，良好的光場(chǎng)設(shè)計(jì)要求，對(duì)比度明顯，目標(biāo)與背景的邊界清晰，背景盡量淡化而且均勻，不干擾圖像處理，與顏色有關(guān)的還需要顏色真實(shí)，亮度適中，不過曝或欠曝。
光源——光場(chǎng)構(gòu)造
明場(chǎng)： 光線反射進(jìn)入照相機(jī);暗場(chǎng)：光線反射離開照相機(jī)。
光源——構(gòu)造光源
使用不同照明技術(shù)對(duì)被測(cè)目標(biāo)會(huì)產(chǎn)生不同的影響，以滾珠軸承為例：
相機(jī)
種類：線&面、隔/逐、黑/彩、數(shù)/模、低/高、CCD/CMOS。指標(biāo)：象元尺寸、分辨率、靶面大小、感應(yīng)曲線、動(dòng)態(tài)范圍、靈敏度、速度噪聲、填充因子、體積、質(zhì)量、工作環(huán)境等。工作模式：Free run、Trigger(多種)、長時(shí)間曝光等。傳輸方式：GIGE，Cameralinker,模擬。
相機(jī)——按照?qǐng)D像傳感器區(qū)分
CCD相機(jī)(Charge Coupled Device) ：使用CCD感光芯片為圖像傳感器的相機(jī),集光電轉(zhuǎn)換及電荷存貯、電荷轉(zhuǎn)移、信號(hào)讀取于一體，是典型的固體成像器件。 CMOS相機(jī)(Complementary Metal Oxide Semiconductor )：使用CMOS感光芯片為圖像傳感器的相機(jī) ,將光敏元陣列、圖像信號(hào)放大器、信號(hào)讀取電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、圖像信號(hào)處理器及控制器集成在一塊芯片上，還具有局部像素的編程隨機(jī)訪問的優(yōu)點(diǎn)。
相機(jī)——按照輸出圖像顏色區(qū)分
單色相機(jī)：輸出圖像為單色圖像的相機(jī)。彩色相機(jī)：輸出圖像為彩色圖像的相機(jī)。
相機(jī)——按輸出信號(hào)區(qū)分
模擬信號(hào)相機(jī)：從傳感器中傳出的信號(hào)，被轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)，即普通視頻信號(hào)后再傳到圖像采集卡中。數(shù)字信號(hào)相機(jī)：信號(hào)自傳感器中的像素輸出后，在相機(jī)內(nèi)部直接數(shù)字化并輸出。數(shù)字相機(jī)又包含1394相機(jī)、USB相機(jī)、Gige相機(jī)、CameraLink相機(jī)等。
相機(jī)——按照傳感器類型區(qū)分
面掃描相機(jī)：傳感器上像素呈面狀分布的相機(jī)，其所成圖像為二維“面”圖像。線掃描相機(jī)：傳感器上呈線狀(一行或三行)分布的相機(jī)，其所成圖像為一維“線”圖像。
相機(jī)——CMOS VS CCD
相機(jī)——傳感器的尺寸
圖像傳感器感光區(qū)域的面積大小。這個(gè)尺寸直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的物理放大率。如：1/3“、1/2”等。絕大多數(shù)模擬相機(jī)的傳感器的長寬比例是4：3 (H：V)，數(shù)字相機(jī)的長寬比例則包括多種：1：1，4：3，3：2 等。
相機(jī)——像素
是成像于相機(jī)芯片的圖像的最小組成單位。以200萬像素的相機(jī)為例，滿屏有1600*1200個(gè)像素,成像于1/1.8英寸大小的CCD芯片。
相機(jī)——分辨率
由相機(jī)所采用的芯片分辨率決定，是芯片靶面排列的像元數(shù)量。通常面陣相機(jī)的分辨率用水平和垂直分辨率兩個(gè)數(shù)字表示，如：1920(H)x 1080(V)，前面的數(shù)字表示每行的像元數(shù)量，即共有1920個(gè)像元，后面的數(shù)字表示像元的行數(shù)，即1080行。
相機(jī)——幀率和行頻
由相機(jī)的幀率/行頻表示相機(jī)采集圖像的頻率，通常面陣相機(jī)用幀率表示，單位fps(Frame Per second)，如30fps,表示相機(jī)在1秒鐘內(nèi)最多能采集30幀圖像;線性相機(jī)通常用行頻表示，單位KHz,如12KHz表示相機(jī)在1秒鐘內(nèi)最多能采集12000行圖像數(shù)據(jù)。
相機(jī)--快門速度(Shutter Speed)
CCD/CMOS相機(jī)多數(shù)采用電子快門，通過電信號(hào)脈沖的寬度來控制傳感器的光積分(曝光)時(shí)間。對(duì)于一般性能的的相機(jī)快門速度可以達(dá)到1/10000-1/100000秒。 卷簾快門(Rolling Shutter)：多數(shù)CMOS圖像傳感器上使用的快門，其特征是逐行曝光，每一行的曝光時(shí)間不一致。全局快門(Global Shutter)：CCD傳感器和極少數(shù)CMOS傳感器采用的快門，傳感器上所有像素同時(shí)刻曝光。
相機(jī)——智能相機(jī)
智能工業(yè)相機(jī)是一種高度集成化的微小型機(jī)器視覺系統(tǒng)。它將圖像的采集、處理與通信功能集成于單一相機(jī)內(nèi)，從而提供了具有多功能、模塊化、高可靠性、易于實(shí)現(xiàn)的機(jī)器視覺解決方案。智能工業(yè)相機(jī)一般由圖像采集單元、圖像處理單元、圖像處理軟件、網(wǎng)絡(luò)通信裝置等構(gòu)成。由于應(yīng)用了最新的 DSP、FPGA及大容量存儲(chǔ)技術(shù)，其智能化程度不斷提高，可滿足多種機(jī)器視覺的應(yīng)用需求。
鏡頭——主要參數(shù)
工業(yè)的鏡頭大都是多組鏡片組合在一起的。計(jì)算時(shí)會(huì)忽略厚度對(duì)透鏡的影響將其等效成沒有厚度的播透鏡模型，即理想凸透鏡。
參數(shù)：焦距/視場(chǎng)/物距/像距/光圈/景深/分辨力/放大倍數(shù)/畸變/接口
分辨率：對(duì)色彩和紋理的分辨能力。
畸變：鏡頭中心區(qū)域和四周區(qū)域的放大倍數(shù)不相同。
畸變的校正一般用黑白分明的方格圖像來進(jìn)行，過程并不復(fù)雜。一般如果畸變小于2%，人眼觀察不到;若畸變小于CCD的一個(gè)像素，攝像機(jī)也看不見。
鏡頭——遠(yuǎn)心鏡頭
在測(cè)量系統(tǒng)中，物距常發(fā)生變化，從而使像高發(fā)生變化，所以測(cè)得的物體尺寸也發(fā)生變化，即產(chǎn)生了測(cè)量誤差;即使物距是固定的，也會(huì)因?yàn)镃CD敏感表面不易精確調(diào)整在像平面上，同樣也會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。采用遠(yuǎn)心物鏡中的像方遠(yuǎn)心物鏡可以消除物距變化帶來的測(cè)量誤差，而物方遠(yuǎn)心物鏡則可以消除CCD位置不準(zhǔn)帶來的測(cè)量誤差。
