机器视觉三维测量技术解析.ppt

合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院 光机电工程研究所 大 纲 机器视觉的概念 摄像机模型 三维视觉传感器的类型 多视觉传感器测量系统的组成 摄像机与视觉传感器的标定 测量系统的全局标定 应用举例 机器视觉技术的概念 应用领域举例 IC及一般电子业：PCB、BGA、LCD屏幕、被动组件形状脚位及定位、生产插件、晶元(Wafer)镜面研磨、生产组装、被动组件辨识 MEMS 组件：微小器件的尺寸、形貌、表面缺陷的检测，组件动态特性的测量等。 机械工具/自动化机械：零件尺寸、外形、瑕疵检测、零件分类比对、装配定位、加工定位、熔焊检测 电机工业：控制器红外线热像仪检测、电线瑕疵、裂缝检测、缆线配置检测 金属钢铁业：钢板尺寸检测、表面瑕疵检测、铸件瑕疵检测、材料金像检测 橡胶/塑料制品：保特瓶口尺寸检测、制品颜色分类检测 食品加工/包装业：瓶内液位高度、异物或灰尘检测、包装印刷辨识、打印字形及零件编号检测与识别 纺织皮革工业：表面针织纹路检测、色差检测、皮革表面特性检测 汽车工业：陶轴裁切定位、零件涂黄油检测、白车身检验 家电/办公：产品外壳印刷检测、1维/2维条形码辨识 保全/监视系统：人像特征辨识、指纹辨识等 机器视觉在精密测量中的应用 二、摄像机的建模 影射几何与坐标变换 摄像机建模 镜头畸变 摄像机内部参数的修正 摄像机的精确模型 摄像机的简化模型 欧式几何与影射几何的概念 齐次矩阵 坐标变换 眼睛的光学模型 摄像机的光学投影变换 摄像机的光学投影变换 （续） 像平面与帧存体的对应关系 帧存体与摄像机坐标的关系 2.4 摄像机建模 摄像机建模（续） 镜头畸变的概念 径向畸变 偏心畸变 薄棱镜畸变 镜头总畸变 摄像机内部参数的修正 摄像机的精确模型 摄像机的精确模型 （续） 6 摄像机的简化模型 三、视觉传感器的类型 主动与被动 单目与双目 点、线、面结构光 编码结构光 三角法测量原理 视觉传感器的坐标系统 单一摄像机二维传感器 点结构光视觉传感器 线结构光视觉传感器 条纹结构光视觉传感器 条纹编码三维视觉传感器 彩色编码视觉传感器 被动双目视觉传感器 编码照明双目视觉传感器 多视觉传感器测量系统的组成 CAN总线网络控制视觉测量系统 1394总线并行图像处理系统 基于工控PC机的多计算机分布式并行图像处理架构 常用总线的比较 RS232 小于15m传输速率25kb/s RS485 最大传输速度10Mb/s CAN 小于40m传输速率1Mb/s USB 最高速率480Mb/s，可挂接127个外设 CameraLink 最高4.8Gbps，最远可传输10米。 Gigabit ethernet 带宽可达到1000 Mbps， 最远可传输100米。 Firewire，最远可传输100米，带宽3.2G 双总线架构 单总线架构 摄像机内部参数的标定 1 摄像机摄标定靶标 标定靶标的控制点类型 2 直接线性变换法(DLT) 1 用一个齐次矩阵建立场景与控制点的对应关系 直接线性变换法(DLT) 3 RAC 两步法 计算： 传感器坐标系与摄像机外部参数的标定 测量系统的全局标定 1 标定的基本原理 标定的基本原理 经纬仪的标定 直接变换标定法 间接变换标定法 应用举例 钢管直线度视觉在线检测技术 机器视觉汽车轮胎安装定位技术 自由曲面三维测量 三维面形重建 The k-th light stripe plane Image plane Projector pattern Image plane CCS SCS 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 Projector projector camera CCS SCS object lamp camera 2 CCS 2 (CCS1) SCS object camera 1 projector camera 2 CCS 2 (CCS 1) SCS object camera 1 图像采集卡 计算机 多路视频切换开关 CAN 接口卡 CAN 网络控制总线 传感器控制单元 传感器 视频信号数据总线 传感器控制单元 传感器 计算机 接口卡 数据与控制总线 PC控制器 运动驱动机构 可编程光源 可编程光源 多PC并行处理器 HUB 生产与管理系统主机 办公电脑 远端大型资料库 视觉系统主控计算机 PC三轴控制器 摄像机 总线接口 PC 多路视频切换器 视觉 传感 器1 视觉 传感 器N 视觉 传感 器2 控制总线 ………… 视频 图像 图像采