最新机器视觉中的名词信息解释.docx

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最新机器视觉中的名词信息解释

像元：

数字影像的基本单元，组成数字化图像的基本单位。

我们一般所说的分辨率就是指像元的个数。

线阵CCD：

结构简单，成本较低。

可以同时储存一行电视信号.由于其单排感光单元的数目可以做得很多，在同等测量精度的前提下，其测量范围可以做的较大，并且由于线阵CCD实时传输光电变换信号和自扫描速度快、频率响应高，能够实现动态测量，并能在低照度下工作，所以线阵CCD广泛地应用在产品尺寸测量和分类、非接触尺寸测量、条形码等许多领域。

面阵CCD：

可以同时接受一幅完整的光像.面阵CCD有行间转移（IT）型、帧间转移（FT）型和行帧间转移（FIT）型三种。

线阵CCD与面阵CCD的比较：

对于面阵CCD来说，应用面较广，如面积、形状、尺寸、位置，甚至温度等的测量。

面阵CCD的优点是可以获取二维图像信息，测量图像直观。

缺点是像元总数多，而每行的像元数一般较线阵少，帧幅率受到限制，而线阵CCD的优点是一维像元数可以做得很多，而总像元数角较面阵CCD相机少，而且像元尺寸比较灵活，帧幅数高，特别适用于一维动态目标的测量。

以线阵CCD在线测量线径为例，就在不少论文中有所介绍，但在涉及到图像处理时都是基于理想的条件下，而从实际工程应用的角度来讲，线阵CCD图像处理算法还是相当复杂的。

DSP微处理器：

DSP（digitalsignalprocessor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。

其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。

再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其它系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。

它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的计算机芯片。

它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。

滤光片：

能够衰减光的强度、改变光谱成分的光学组件。

能衰减光强度，改变光谱成分或限定振动面的光学零件。

量子效率：

在光电效应中在某特定波长上每秒钟产生光子数与入射量子数之比称量子效率。

IEEE802.3：

通常是指以太网。

常见的802.3应用为:

10M:

10base-T（铜线UTP模式）

100M:

100base-TX（铜线UTP模式）

100base-FX（光纤线）

1000M:

1000base-T（铜线UTP模式）

CCD靶面尺寸：

CCD指的是摄像机里的图像传感器，这个设备是用来把通过镜头进来的图像转化为电子信号.

CCD靶面尺寸说的就是这个图像传感器的感光部分的大小。

一般用英寸来表示，和电视机一样，通常这个资料指的是这个图像传感器的对角长度。

原来大多为1/2英寸，现在1/3英寸的已普及化，1/4英寸也有不少。

这个尺寸的变小只是表示这方面技术也在不断的进步。

并不是说1/4英寸就一定比1/3英寸的好，因为不同的场合需要用到一些不同的尺寸所独有的优点。

比如1/2英寸可以有比较大的通光量，而1/4英寸可以比较容易的获得大的景深。

像素深度：

像素深度是指存储每个像素所用的位数，它也是用来度量图像的分辨率。

像素深度决定彩色图像的每个像素可能有的颜色数，或者确定灰度图像的每个像素可能有的灰度级数。

例如，一幅彩色图像的每个像素用R，G，B三个分量表示，若每个分量用8位，那么一个像素共享24位表示，就说像素的深度为24，每个像素可以是16777216（2的24次方）种颜色中的一种。

在这个意义上，往往把像素深度说成是图像深度。

表示一个像素的位数越多，它能表达的颜色数目就越多，而它的深度就越深。

I/O（input/output）：

输入输出埠，I/O是input/output的缩写，即输入输出埠。

每个设备都会有一个专用的I/O地址，用来处理自己的输入输出信息。

CPU与外部设备、内存的连接和数据交换都需要通过接口设备来实现，前者被称为I/O接口，而后者则被称为内存接口。

内存通常在CPU的同步控制下工作，接口电路比较简单；而I/O设备品种繁多，其相应的接口电路也各不相同，因此，习惯上说到接口只是指I/O接口。

外触发：

通过外部的信号脉冲来使相机启动，

光电隔离：

即光电耦合器，工业应用环境中存在着许多不小的瞬变脉冲，这些瞬变脉冲会影响到数据的传输，甚至伤害互连的设备，为了能够在高速现场总线通信得到无错误的数据传输，工业系统设计工程师必须要对这些干扰进行处理，通常会使用具有绝缘隔离功能的光电耦合器来维持数据的完整性并保护互连设备。

频闪灯：

充有特定气体，按一定频率发光的气体放电灯。

Mbps：

传输速率是指集线器的数据交换能力,也叫“带宽”,单位是Mbps（兆位/秒）,目前主流的集线器带宽主要有10Mbps、54Mbps/100Mbps自适应型、100Mbps和1GMbps四种。

上升沿和下降沿：

电子电路（电子计算机）中，时钟信号由零电位升到高电位的斜坡，以及高电位下降到零电位的斜坡

同步复位：

就是只复位信号只有在时钟上升沿来到时，才能有效，否则无法完成对系统的复位工作。

异步复位：

它是指无论时钟沿是否到来，只要复位信号有效，就对系统进行复位。

串口：

串行接口简称串口，也称串行通信接口（通常指COM接口），是采用串行通信方式的扩展接口。

串口通信的两种最基本的方式：

同步串行通信方式和异步串行通信方式。

串行接口按电气标准及协议来分包括RS-232-C、RS-422、RS485等。

RS-232-C、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，不涉及接插件、电缆或协议。

相对孔径：

光学镜头的重要参数之一，用镜头的有效孔径（除广角镜头外一般就是最大一级的光圈直径）和焦距之比表示。

RGB：

RGB色彩模式（也翻译为“红绿蓝”，比较少用）是工业界的一种颜色标准，是通过对红（R）、绿（G）、蓝（B）三个颜色通道的变化以及它们相互之间的迭加来得到各式各样的颜色的，RGB即是代表红、绿、蓝三个通道的颜色，这个标准几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色，是目前运用最广的颜色系统之一。

显像灰度级：

所谓颜色或灰度级指黑白显示器中显示像素点的亮暗差别，在彩色显示器中表现为颜色的不同，灰度级越多，图像层次越清楚逼真。

灰度是相对于单色而言的，将亮度分成256恰好一个字节。

纯红色是255级最高，不纯的级别也就低了.灰度级取决于每个像素对应的刷新存储单元的位数和显示器本身的性能。

如每个象素的颜色用16位二进制数表示，我们就叫它16位图，它可以表达2的16次方即65536种颜色。

如每一个象素采用24位二进制数表示，我们就叫它24位图，它可以表达2的24次方即16777216种颜色。

灰度与像素的关系：

一般，像素值量化后用一个字节（8b）（字节（Byte）是计算机信息技术用于计量存储容量和传输容量的一种计量单位，1个字节等于8位二进制）来表示。

如把有黑-灰-白连续变化的灰度值量化为256个灰度级，灰度值的范围为0-255，表示亮度从深到浅，对应图像中的颜色为从黑到白。

黑白照片包含了黑白之间的所有的灰度色调，每个像素值都是介于黑色和白色之间的256种灰度中的一种。

CameraLink:

CameraLink的接口有三种配置Base、Medium、Full，主要是解决数据传输量的问题，这为不同速度的相机提供了适合的配置和连接方式。

IEEE：

国际电气和电子工程师协会,IEEE1394:

IEEE1394:

界面是苹果公司开发的串行标准，中文译名为火线界面（firewire）。

LVDS：

低压分差信号。

USBvsIEEE1394

一、USB与IEEE1394的相同点主要有哪些？

两者都是一种通用外接设备接口。

两者都可以快速传输大量数据。

两者都能连接多个不同设备。

两者都支持热插拨。

两者都可以不用外部电源。

二、USB与IEEE1394的不同点有哪些？

　　两者的传输速率不同。

USB最高的速度可达5Gb/s，但由于USB3.0尚未普及，目前主流的USB2.0只有480Mb/s，并且速度不稳定；相比之下，IEEE1394目前的速度虽然只有800Mb/s，但较为稳定，故在数码相机等高速设备中还保留了IEEE1394接口，但也开始采用USB接口了。

　　两者的结构不同。

USB在连接时必须至少有一台计算机，并且必须需要HUB来实现互连，整个网络中最多可连接127台设备。

IEEE1394并不需要计算机来控制所有设备，也不需要HUB，IEEE1394可以用网桥连接多个IEEE1394网络，也就是说在用IEEE1394实现了63台IEEE1394设备之后也可以用网桥将其它的IEEE1394网络连接起来，达到无限制连接。

　　两者的智慧化不同。

IEEE1394网络可以在其设备进行增减时自动重设网络。

USB是以HUB来判断连接设备的增减了。

两者的应用程度不同。

现在USB已经被广泛应用于各个方面，几乎每台PC主板都设置了USB接口，USB2.0也会进一步加大USB应用的范围。

IEEE1394现在只被应用于音频、视频等多媒体方面。

模拟信号和数字信号的差别

不同的数据必须转换为相应的信号才能进行传输：

模拟数据（模拟量）一般采用模拟信号（AnalogSignal），例如用一系列连续变化的电磁波（如无线电与电视广播中的电磁波），或电压信号（如电话传输中的音频电压信号）来表示；数字数据（数字量）则采用数字信号（DigitalSignal），例如用一系列断续变化的电压脉冲（如我们可用恒定的正电压表示二进制数1，用恒定的负电压表示二进制数0），或光脉冲来表示。

当模拟信号采用连续变化的电磁波来表示时，电磁波本身既是信号载体，同时作为传输介质；而当模拟信号采用连续变化的信号电压来表示时，它一般通过传统的模拟信号传输线路（例如电话网、有线电视网）来传输。

当数字信号采用断续变化的电压或光脉冲来表示时，一般则需要用双绞线、电缆或光纤介质将通信双方连接起来，才能将信号从一个节点传到另一个节点。

模数转换器即A/D转换器：

或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子组件。

通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。

由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。

故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。

而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。

一个典型的工业机器视觉系统包括：

光源、镜头、CCD照相机、图像处理单元（或图像捕获卡）、图像处理软件、监视器、通讯/输入输出单元等。

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它条件输出结果，包括尺寸、角度、个数、合格/不合格、有/无等，实现自动识别功能。

工业相机的划分

按输出图像信号格式划分（模拟信号与数字信号的区别）

模拟摄像机：

模拟摄像机所输出的信号形式为标准的模拟量视频信号，需要配专用的图像采集卡才能转化为计算机可以处理的数字信息。

模拟摄像机一般用于电视摄像和监控领域，具有通用性好、成本低的特点，但一般分辨率较低、采集速度慢，而且在图像传输中容易受到噪声干扰，导致图像质量下降，所以只能用于对图像质量要求不高的机器视觉系统。

常用的摄像机输出信号格式有：

　　PAL（黑白为CCIR），中国电视标准，625行，50场

　　NTSC（黑白为EIA），日本电视标准，525行，60场

　　SECAMS-VIDEO分量传输

数位摄像机：

数字摄像机是在内部集成了A/D转换电路，可以直接将模拟量的图像信号转化为数字信息，不仅有效避免了图像传输线路中的干扰问题，而且由于摆脱了标准视频信号格式的制约，对外的信号输出使用更加高速和灵活的数字信号传输协议，可以做成各种分辨率的形式，出现了目前数字摄像机百花齐放的形势。

常见的数字摄像机图像输出标准有：

IEEE1394，USB2.0，DCOM3RS-644LVDS，ChannelLinkLVDS，CameraLinkLVDS，千兆网。

根据不同感光芯片划分（CCD和CMOS的区别）

我们知道感光芯片是摄像机的核心部件，目前摄像机常用的感光芯片有CCD和CMOS两种：

１．CCD摄像机，CCD称为电荷耦合器件，CCD实际上只是一个把从图像半导体中出来的电子有组织地储存起来的方法。

２．CMOS摄像机，CMOS称为“互补金属氧化物半导体”，CMOS实际上只是将晶体管放在硅块上的技术，没有更多的含义。

尽管CCD表示“电荷耦合器件”而CMOS表示“互补金属氧化物半导体”，但是不论CCD或者CMOS对于图像感应都没有用，真正感应的传感器称做“图像半导体”，CCD和CMOS传感器实际使用的都是同一种传感器“图像半导体”，图像半导体是一个PN结合半导体，能够转换光线的光子爆炸结合处成为成比例数量的电子。

电子的数量被计算信号的电压，光线进入图像半导体得越多，电子产生的也越多，从传感器输出的电压也越高。

因为人眼能看到1Lux照度以下的目标，CCD传感器通常能看到的照度范围在0.1~3Lux，是CMOS传感器感光度的3到10倍，所以目前一般CCD摄像机的图像质量要优于CMOS摄像机。

CMOS可以将光敏组件、放大器、A/D转换器、内存、数字信号处理器和计算机接口控制电路集成在一块硅片上，具有结构简单、处理功能多、速度快、耗电低、成本低等特点。

CMOS摄像机存在成像质量差、像敏单元尺寸小、填充率低等问题，1989年后出现了“有源像敏单元”结构，不仅有光敏组件和像敏单元的寻址开关，而且还有信号放大和处理等电路，提高了光电灵敏度、减小了噪声，扩大了动态范围，使得一些参数与CCD摄像机相近，而在功能、功耗、尺寸和价格方面要优于CCD，逐步得到广泛的应用。

CMOS传感器可以做得非常大并有和CCD传感器同样的感光度，因此非常适用于特殊应用。

CMOS传感器不需要复杂的处理过程，直接将图像半导体产生的电子转变成电压信号，因此就非常快，这个优点使得CMOS传感器对于高帧摄像机非常有用，高帧速度能达到400到100000帧/秒。

机器视觉光源的选择标准：

对比度，亮度，鲁棒性，光源可预测，物体表面，控制反射，光源的位置

照明方式

适用情况

透射式照明

检测目标的外轮廓

目标在透明的材质上

发射式照明

检测目标的外轮廓

检测目标内部某个部分

亮视场照明

机器视觉中最常用照明方式

暗视场照明

表面污物检测

表面划痕检测

小突起的目标检测

表面划痕检测

颜色照明

区分目标色彩有差异

热辐射光源

白帜灯、卤钨灯

黑体辐射

气体放电光源

汞灯

荧光灯

钠灯

金属卤化物灯

空心阴极灯

惰性气体灯

固体发光光源

场致发光二极管

发光二极管（LED）

激光光源

气体激光

固体激光

染料激光

半导体激光（LED）

镜头的光学性能指针

视觉系统光学性能的4项最基本参数是视野（fieldofview）、分辨率resolution、工作距离workingdistance和景深depthoffield（见图）。

需要考虑的更高级的集成规格参数包括焦距（f）、maximumchipformat、失真（distortion）、变焦/聚焦特点（zoom/focus）、designconjugate、聚焦远心（telecentricity）。

四大参数

视野

简单而言，视野应该是你需要检查的物体的尺寸。

分辨率

只有规定视野而不是规定放大倍数，才能确保系统将具有合适的分辨率。

工作距离

有时，各种机械限制支配光学限制。

工作距离是从镜头前部到受检验物体的距离。

需要的工作距离越长，保持小视野的难度和成本就越高。

景深

假如成像的物体是三维的，那么你还必须考虑景深。

镜头的景深是物体离最佳焦点较近或较远时，镜头保持所需分辨率的能力。

影响景深的因素主要有三个方面：

（1）光圈大小，光圈越大景深越小，光圈越小景深越大。

（2）镜头焦距，镜头焦距越长景深越小，镜头焦距越短景深越大。

（3）拍摄距离，镜头离被摄体越近景深越小，镜头离被摄体越远景深越大。

一、镜头主要参数

1.焦距：

平行于主光轴的光线通过镜头透镜汇聚于一点，叫主焦点，主焦点至透镜中心的距离叫焦距。

焦距长短影响照相机的视角，焦距越长，视角越小；焦距短，视角大。

镜头根据焦距不同可分为标准镜头、广角镜头、长焦镜头。

标准镜头焦距与底片对角线长度基本相等，视角在40－55度之间，与人眼视角相似，拍出的照片符合人眼的透视标准和习惯，所以在摄影中应用广泛。

135胶片机标准镜头焦距为50mm。

视角大于60°的镜头，称为广角镜头，又称短焦镜头，广角镜头的焦距小于底片对角线长度。

广角镜头视角大，视野宽，景深大，但是它夸大了透视效果，会使景物变形。

它适用于景物前后要求有较大范围清晰度（景深较大）、较狭窄的环境中拍摄较大场面或者摄影者有特殊造型需要。

视角小于40°，焦距长于底片对角线长度的镜头称为长焦镜头。

长焦镜头焦距长、视角窄，在较远距离可获得较大画面。

长焦镜头使景物的透视关系被压缩，远近差别不显著，景深小。

根据焦距能否调节，可分为定焦镜头和变焦镜头两大类。

2.光圈（Iris）

光圈是一个用来控制光线透过镜头，进入机身内感光面的光量的装置，它通常是在镜头内。

表达光圈大小我们是用F值。

对于已经制造好的镜头，我们不可能随意改变镜头的直径，但是我们可以通过在镜头内部加入多边形或者圆型，并且面积可变的孔状光栅来达到控制镜头通光量，这个装置就叫做光圈。

用F表示，以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。

每个镜头上都标有最大F值，例如　8mm　/F1.4代表最大孔径为5.7毫米。

F值越小，光圈越大，F值越大，光圈越小。

按光圈划分，镜头可分为固定光圈镜头和可变光圈镜头。

3.对应最大CCD尺寸（SensorSize）

镜头成像直径可覆盖的最大CCD芯片尺寸。

主要有：

1/2″、2/3″、1″和1″以上。

4.界面（Mount）

镜头与相机的连接方式。

常用的包括C、CS、F、V、T2、Leica、M42x1、M75x0.75等。

镜头的焦距不同则使用的接口不同。

5.景深（DepthofField，DOF）

景深是指在被摄物体聚焦清楚后，在物体前后一定距离内，其影像仍然清晰的范围。

景深随镜头的光圈值、焦距、拍摄距离而变化。

光圈越大，景深越小;光圈越小、景深越大。

焦距越长，景深越小;焦距越短，景深越大。

距离拍摄体越近时，景深越小;距离拍摄体越远时，景深越大。

6.分辨率（Resolution）

分辨率代表镜头记录物体细节的能力，以每毫米里面能够分辨黑白对线的数量为计量单位：

“线对/毫米”（lp/mm）。

分辨率越高的镜头成像越清晰。

7、工作距离（Workingdistance,WD）

镜头第一个工作面到被测物体的距离。

8、视野范围（FieldofView,FOV）

相机实际拍到区域的尺寸。

9、光学放大倍数（Magnification,ß）

CCD/FOV，即芯片尺寸除以视野范围。

10、数值孔径（NumericalAperture,NA）

数值孔径等于由物体与物镜间媒质的折射率n与物镜孔径角的一半（a\2）的正弦值的乘积，计算公式为N.A=n*sina/2。

数值孔径与其它光学参数有着密切的关系，它与分辨率成正比，与放大率成正比。

也就是说数值孔径，直接决定了镜头分辨率，数值孔径越大，分辨率越高，否则反之。

11、后背焦（Flangedistance）

准确来说，后倍焦是相机的一个参数，指相机接口平面到芯片的距离。

但在线扫描镜头或者大面阵相机的镜5934选型时，后倍焦是一个非常重要的参数，因为它直接影响镜头的配置。

不同厂家的相机，哪怕接口一样也可能有不同的后倍焦。

二、镜头选型

1.选择镜头接口和最大CCD尺寸

镜头接口只要可以跟相机接口匹配安装或可通过外加转换口匹配安装就可以了;镜头可支持的最大CCD尺寸应大于等于选配相机CCD芯片尺寸。

2.选择镜头焦距

如图所示，在已知相机CCD尺寸、工作距离（WD）和视野（FOV）的情况下，可以计算出所需镜头的焦距（f）。

3.选择镜头光圈

镜头的光圈大小决定图像的亮度，在拍摄高速运动物体、曝光时间很短的应用中，应该选用大光圈镜头，以提高图像亮度。

4.选择远心镜头

远心镜头是为纠正传统镜头的视差而特殊设计的镜头，它可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会随物距的变化而变化。

远心镜头与传统镜头对比，如图：

远心镜头又分为物方远心和双侧远心两种，如图：

相机像素与焦距的计算：

焦距xFOV=传感器尺寸x物距

传感器分辨率（S）=（FOV/分辨率）x2=（FOV/最小特征的大小）x2