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机器视觉之硬件选型

产品详情

 机器视觉之硬件选型

  一、光源选型

  光源是机器视觉系统中关键的组成部分,适当的光学照明设计,能使图像中的目标信息与背景信息得到最佳分离,能降低图像算法分割,识别的难度,同时提高系统的定位,测量精度。

  1.1光源寿命

  目前常见的几种光源有白炽灯,荧光灯,汞灯和LED,而前面这些光源的最大缺点就是不稳定,衰减较快(记得小时候家的白炽灯是没用多久就很暗了...)。而LED作为新的半导体发光材料,在寿命方面十分具有优势,普通5mmLED灯在10mA驱动电流下,半衰期达到10000-30000h。故LED灯是机器视觉中光源制作的首选材料。

  1.2光源类型

  背光

  背光是光源背面照射物体,物体不透明的地方则对应图像黑色像素点,使待测物透光和不透光部分边缘清晰,有利于检测物体的轮廓边缘信息。常用于液晶文字检查,小型电子元器件尺寸,轴承,半导体的外形和尺寸检查。

  前光

  前光是指放置在待测物前方(与之呈一定的角度)的光源,通过物体表面的反射光,多用于检测反光和不平整表面,如IC芯片上的印刷字符,电路板元器件,焊点,封盖标记等。

  环形光

  环形光是指将环形光和CCD相机中心点同轴安放,它能为待测物体提供大面积均衡的照明,与待测物体距离合适时,可大大减少阴影,提高对比度,实现大面积荧光照明。广泛应用于有纹理表面的大面积检测。

  彩色光

  彩色光多用于检测物体上的彩色特征,如用红光检测时,可加强图像里物体表面上的红色特征显示效果,削弱物体其他颜色的特征,即能在图像中更好地分割检测到ROI区域。

  同轴光

  高密度LED光源阵列,亮度大幅提高。提供了比传统光源更均匀的照明,最适宜用于反射度极高的物体,如金属、玻璃、胶片、晶片等表面的划伤检测,Mark点定位。

  几种光源的特性

光源特性.png

  二、镜头选型

  现代相机呈像原理几乎都与凸透镜有关,而其中主要概念涉及主轴,光心,焦点,焦距,物距和像距等概念。通过凸透镜两个球面球心的直线称为光轴,凸透镜的中心O称为光心,平行于主轴的光线经过凸透镜后会会聚于主光轴上一点 F,此点为焦点。焦点 F 到凸透镜光心O的距离成为焦距,用 f 表示,凸透镜的球面半径越小,焦距越短。物体到凸透镜光心的距离称为物距 u。物体经凸透镜所成的像到凸透镜光心的距离称为像距 v 。

  2.1镜头的物理接口

  其实就是镜头和相机的物理接口方式,工业镜头常用的接口形式有C口,CS口,F口,其中C/CS是专门用于工业领域的国际标准接口。镜头选择何种接口,应以相机的物理接口为准。

  2.2光学尺寸

  镜头光学尺寸是指镜头能最大兼容CCD芯片的尺寸。相机之所以能成像,是因为镜头把物体反射的光打到了CCD芯片上面。因此镜头的镜片直径应大于或等于CCD芯片尺寸。常见镜头的相面尺寸有1/3in,1/2in,2/3in等。

  2.3视场角

  视场就是整个系统能够观察的物体的尺寸范围。

  通常用视场角来表示视场的大小,且按照视场的大小,可以把镜头划分为鱼眼镜头,超广角镜头,广角镜头和鱼眼镜头。

  2.4焦距

  焦距是光学系统中衡量光的聚集或发散程度的参数,上面介绍过。镜头焦距的长短决定着视场角的大小,焦距越短,视场角就越大,观察范围也越大,但远处的物体不清楚。焦距越长,视场角就越小,观察范围也越小,很远的物体也能看清楚。

  2.5景深

  景深是指在摄影机镜头前沿,能够取得清晰物体图像的前后距离范围。在聚焦完成后,焦点前后范围内所呈现的清晰图像。

  影响景深的重要因素如下:

  (1)镜头光圈 光圈越大,景深越浅;光圈越小,景深越深。

  (2)镜头焦距 焦距越长,景深越浅,焦距越短,景深越深。

  (3)物体与背景之间距离 距离越近, 景深越浅, 距离越远, 景深越深。

  (4)物体与镜头之间距离 距离越远, 景深越浅, 距离越近, 景深越深。

  2.6镜头分类

  可分为定焦镜头,变焦镜头,特殊镜头。定焦镜头一般指鱼眼镜头,短焦镜头,标准镜头,长焦镜头。变焦镜头可分为手动变焦和电动变焦。而特殊镜头中可分为显微镜头(一般用于成像比例大于10:1拍摄系统),微距镜头,远心镜头(主要用于纠正传统镜头的视差而设计的 ,即在一定的范围内使得到的图像放大倍率不随物距的变化而变化),紫外红外镜头(针对可见光范围内的应用设计)。

  三、相机选型

  数码相机是通过光学系统将影像聚焦到成像元件CCD/CMOS上,通过A/D转换器将每个像素上的光电信号转化为数码信号,再经过数字信号处理器DSP处理成数码图像,存储在存储介质中。CCD工艺难度和成本都比CMOS高,但其有更好的色彩表现力和画面宽容度,而CMOS则更长的寿命,连拍响应速度及更低的耗电量。

  3.1传感器尺寸

  一般用光导摄像管的直径尺寸来表示具有不同感光面积的型号,但传感器上的光导摄像管面积!=成像靶面面积,其并没有固定的换算公式。

      典型传感器尺寸

典型传感器尺寸.png

  3.2其他参数

  帧速是指视频画面每秒钟传播的帧数,用来衡量视频信号的传输速度。像素深度是指储存每个像素所用的位数,一般情况下常用的是8bit,工业数字相机一般还会用10bit,12bit。

  3.3线阵相机

  线阵相机的传感器只有一行感光元素,所以线阵相机一般能够拥有非常高的扫描率与分辨率。线阵相机在日常生活中的应用率也是十分广泛的,广泛运用于金属、塑料和纤维产业。利用线阵相机检测的物体通常都是匀速形式的,能够对扫描到的图形进行一一处理。

  3.4面阵相机

  面阵相机是一款以面为单位来进行图像采集的成像工具,可以一次性获取完整的目标图像,具有测量图像直观的优势,可运用在在测量目标物体的形状、尺寸。因为能在短时间内曝光,拍动态的物体能够早短时间内成像,拍摄出来的效果感觉就是静态的。所以也比较使用运用在一些物体高速运转的行业中。


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