原作者
原投影片作者: 吳先晃 雲林科技大學電機系教授
機器視覺簡介及取像系統的選擇
- 課程及機器視覺簡介
- 定義
- 以非接觸式的方式自動擷取影像·並經自動分析影像,從中抽取資料來控制一程序或動作
- 需求
- 自動化大量生產+品質確認 人工檢測的問題(速度、可靠度、穩定度》 AO丨的優勢(全自動、改進人工缺點)
- 定位(Positioning)
- 決定工件的位置及方向
- 光學點或工件本身的特徵
- 待測物相對於機台原點的位置
- 例:PCB(白色箭頭) >(x,y)及旋轉量:對角線兩點
- 自動對位精準且節省大量人力
- 識別(Recognition)
- 以物品本身的特徵判定身份
- 生物(Bio)特徵:臉孔、指紋、虹膜、聲音
- 工業應用:混料之零件(工件)識別與夾取/分流
- 幾何形狀、顏色紋理··
- 以物品本身的特徵判定身份
- 辨識(ldentification)
- 藉符號做物品身份判定
- Barcode,QRcode
- 包裝盒外的圖形或文字:辨識內容物
- 車牌辨識
- 藉符號做物品身份判定
- 瑕疵檢測(DefectDetection)
- 工業上AOI之最大需求:可能需多站多次檢測
- 瑕疵:不想要、形狀大小未知、出現位置不定
- 瑕疵標準的訂定:漏檢(太鬆)或假警報(太嚴)
- 應用例
- 容器工業:瓶子之裂痕瑕疵及瓶內異物、碎片風險 >PCB、LOGO、TFT面板、木板坑洞··
- 驗證(Verification)
- 保證製程成功執行
- 自動化高速且自行運作監控
- 貼標:避免大量廢料(例:1200in之貼標籤機)
- 保證製程成功執行
- 量測(Measurement)
- 以影像進行尺寸的量測
- 例:各種工件的尺寸 線寬、圓的圓心與半徑、兩線距離
- 相機與鏡頭的搭配
- 相機與鏡頭搭配
- 相同倍率 , 焦距越長光程越長
- 有時拍攝物不能距離太近，就要換一顆f大一點的鏡頭
- 放大倍率 alpha = v / u
- FOV被感光元件與放大倍率決定
- FOV = Sensor Size/alpha
- 基本成像原理
- 放大倍率
- lmage circle & Sensor Size
- FOV(FieId of View)
- 基本成像原理感光元件變大
- FOV變大(若image circle夠大)
- 倍率變大
- FOV變小(分辨率提高)
- 焦距(f)變長
- 光程變長(u+v)
- 相機與鏡頭搭配
- 光學元件規格及選用
- 工業相機
- 接口
- 感光元件
- 像素解析度(分辨率)=Pixel Size/鏡頭倍率
- 左邊是實驗室用的小感光元件，右邊是單眼較大的
- 傳輸介面
- IO,power
- 快門
- RoIIing Shutter 條一條取像
- 動態必須 GIobaI Shutter
- 傳輸介面
- GiGE
- 100m
- 1Gbps
- USB
- 10m
- USB3.05Gbps; USB2.0480Mbps
- Camera Link
- 已經有IO
- 6m
- 2~6·8Gbps
- CoaxPress
- 已經有IO
- Up to 68m
- 1·25~25Gbps
- GiGE
- 接口
- 工業相機
- 鏡頭規格及選用
- 鏡頭
- 接口
- 焦距
- 倍率
- 光圈
- Distortion
- 例子
- FOV不夠?
- 降低鏡頭倍率
- 像素解析度不夠?
- 增加鏡頭倍率
- FOV與像素解析度都不夠?
- 增加SensorSize與鏡頭倍率
- 應用
- 鏡頭
- 取像參數的選用
- 光圈
- F#=焦距/光圈直徑
- 控制景深、進光量
- 數字越小光圈越大
- 光圈越大
- 景深越淺
- 進光量越大
- 常以F+數字表示
- 曝光時間
- 如何產出品質良好的影像:曝光時間
- 控制進光量
- 曝光時間越長越亮
- 常以時間表示
- 100ms,50us
- 商業常以倒數表示
- 1/10s,1/500s
- 增益
- 控制轉換增益
- Gain越大
- 畫面越亮
- 畫面雜訊越多
- 常以dB表示
- 商業常以ISO表示
- 如何產出品質良好的影像
- 對焦清楚
- 失焦、晃動的影響非常大
- 曝光不足還有救，但過曝就沒救了
- 光圈大:拍攝平面樣品(F#小,景深小)
- 光圈小:需要不同深度影像(F#大,景深大)
- 曝光短:物體有相對運動
- 曝光長:物體無相對運動
- 邊緣加工異常(小F#)及繞射現象(大F#)
- 對焦清楚
- 光圈
- 遠心鏡頭及線掃描相機
- 遠心鏡頭
- 遠心的缺點
- 體積大
- 價格高
- 線掃描系統
- 因為成像較寬通常還需要將鏡頭與相機系統拉長(使用工件延長)，而非單純接上就好
- 遠心鏡頭
- 光源與照明的設計
- 照明的重要性
- 重點:凸顯重要的特徵,壓抑不重要的背景
- 光波長與物件特性的關係
- 照明顏色
- 波長、色溫
- 照明控制
- 連續照明、閃頻照明(省電、延長壽命)
- 光源種類
- lncandescentlamp:3000·3400K(燈泡, 鎢絲燈)
- 優點:亮,低電壓操作
- 缺點:大量熱,5%效率,壽命短,老化快,無閃頻
- MetaIhalidelamps4000·4600k(金屬鹵化物燈•複金屬燈)
- 目前少用
- Xenonlamp:5500·12000K(氙燈)
- 優點:200次/秒,高亮度閃光(1~20us)
- 缺點:供電複雜且昂貴
- FIuorescentlamp:3000-6000K(日光燈,螢光)
- 優點:便宜·大面積
- 缺點:壽命短,老化快,光譜分布不均,無閃頻
- LED(AO丨中應用最多的光源)
- 紅、藍、綠等可見光•IR、NUV
- 白光:藍光+黃色磷光劑(phosphor)
- 優點:
- 發光效率佳
- 低耗電、低熱
- 亮度高
- 可閃頻控制
- 成本低
- 種類多
- 壽命長
- 亮度易控制
- lncandescentlamp:3000·3400K(燈泡, 鎢絲燈)
- 照明方式
- 明視野
- 呈現反射率差異
- 暗視野
- 呈現散射能量差異
- 穿透光
- 呈現穿透率差異
- 明視野
- 照明的重要性
- 彩色成像品質的優化
- 感光元件
- 彩色
- 每個位置都會同時對應到
- RGB的感光元件
- 不需要額外交換顏色資訊
- 需要重複取像
- 可製作成大尺寸感光元件
- 成本高(壓電馬達)
- 彩色
- 成像品質
- SNR
- 衡量畫面純淨度的指標
- 一般以dB表示
- 超過39dB即為優秀
- 當瑕疵只有一個pixel時SNR就很重要
- DynamicRange
- 衡量畫面對比度的指標
- 一般以dB表示
- 超過58dB即為優秀
- SNR
- 影像品質優化
- 白平衡(彩色相機)
- 將白(灰)色的東西校正成白(灰)色
- 亮校正(FFC)
- 校正畫面的亮暗不均
- 對比擴張
- 將畫面的對比優化
- 白平衡(彩色相機)
- 感光元件
- 數位影像優化
