传感器与检测技术第5章.ppt
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1、第五章 视觉、触觉传感器,2,第一节 视觉传感器,视觉传感器在机电一体化系统中的作用:进行位置检测进行图像识别进行物体形状、尺寸缺陷的检测,3,第一节 视觉传感器,视觉传感器以光电变换为基础,由四部分组成:照明部:为了从被测物体得到光学信息而需要照明,是充分发挥传感器性能的重要条件。接收部:由透镜和滤光片组成,具有聚成光学图像或抽出有效信息的功能。光电转换部:将光学图像信息转换成电信号。扫描部:将二维图像的电信号转换为时间序列的一维信号。,4,第一节 视觉传感器,视觉传感器由四部分组成:照明部接收部光电转换部扫描部,5,第一节 视觉传感器,视觉传感器由四部分组成:照明部接收部光电转换部扫描部将
2、接收部分、光电变换部分、扫描部分制成一体,构成视觉传感器,6,第一节 视觉传感器,在机器人领域中,几乎都是采用工业电视摄像机作为视觉传感器。最初是用光导摄像管的摄像机。而70年代便逐渐用固体半导体摄像机所取代。固体半导体摄像机所使用的固体摄像元件为CCD(Charge-Coupled Device的缩写,意为电荷耦合器件),其图像信号的保存和信号读出的工作原理均与光导摄像管类似。,7,敞 车,第一节 视觉传感器,8,罐 车,第一节 视觉传感器,9,棚 车,第一节 视觉传感器,10,第一节 视觉传感器,11,红外触发器(发射端,接收端),第一节 视觉传感器,12,第一节 视觉传感器,13,棚车车
3、门状态检测:确定车门状态是否正常;车锁状态检测:若车门状态正常,则继续这一步的检测,寻找图象中是否存在正常状态下的闭合车锁;,第一节 视觉传感器,14,货车车门状态的检测图象分割是指:将图象中具有特殊涵义的不同区域分开来,这些区域是互不相交的,每一个区域都满足特定区域的一致性。,第一节 视觉传感器,15,第一节 视觉传感器,16,第一节 视觉传感器,17,一、光电式摄像机原理,这种摄像机是由接收部分、光电转换部分和扫描部分组成的二维视觉传感器。其光导摄像管是一种兼有光电转换功能和扫描功能的真空管,18,一、光电式摄像机原理,19,一、光电式摄像机原理,光电靶面上每一个像素均可看作由电容C、光照
4、时导电性增强的光电基元GL、不照射时也导电的暗电流基元GB等并联的电路。,20,一、光电式摄像机原理,电子束扫描到该像素时开关S闭合,电容C在瞬间被Er充电(时间常数非常小),扫描移到邻近像素时,S打开。,21,一、光电式摄像机原理,当S打开时,如有光照在GL上,将产生电荷,它同C上的电荷中和一部分。,22,一、光电式摄像机原理,下次扫描到该点时S再次闭合,已被中和了的C又被充电,充电电流Ic流过RL。电压IcRL同该点受光照射的强度有关,IcRL即为图像的输出。,23,二、固体半导体摄像机原理,它由许多光电二极管组成阵列,作为摄像机的感光部分以代替光导摄像管。固体半导体摄像机由摄像元件(CC
5、D)、信号处理电路、驱动电路和电源组成。CCD摄像元件是一种MOS型晶体管开关集成电路,24,二、固体半导体摄像机原理,25,二、固体半导体摄像机原理,其工作原理是:在电极1上加电脉冲时,电极下的电荷耗尽层扩大形成电势阱。在光照射时产生的信号电荷(电子)便储存在电势阱中。,26,二、固体半导体摄像机原理,如果在2电极上加电脉冲,1电极下的电势阱消失,信号电荷转送到2电极下所形成的电势阱中。,27,二、固体半导体摄像机原理,二维CCD摄像元件的构成主要有隔行传送方式和帧传送方式两种,28,三、激光式视觉传感器原理,利用激光作为定向性高密度光源的视觉传感器,1.光电转换及放大元件2.高速回转多面棱
6、镜3.激光器,29,三、激光式视觉传感器原理,这种传感器用作激光扫描器来识别商品上面的条形码。也可用这种扫描器检测对象物品上的表面大小裂纹缺陷,30,四、红外图像传感器原理,红外图像传感器是把波长(210)m的红外光图像变换成如同电视图像的时序扫描信号输出的传感器。,31,四、红外图像传感器原理,通常由红外敏感元件和电子扫描电路组成。例如,热电型红外敏感元件将被测物体发出的红外线作为热源,接收其热能后产生热电效应而变成电信号。电子扫描电路与光导摄像管的电子束扫描方式及固体半导体摄像元件的固体电子扫描方式相似。,32,四、红外图像传感器原理,1.热电型红外光导摄像管构成原理将普通光导摄像管的靶面
7、换为热电材料,作为红外光吸收电极1,33,四、红外图像传感器原理,1.热电型红外光导摄像管构成原理在管子的正面板上涂以锗(Ge)和氟化钙(CaF2)等红外透射材料作为透射窗口2,34,四、红外图像传感器原理,1.热电型红外光导摄像管构成原理并在红外线入射靶面3上涂一层镍-铬(Ni-Cr)和黄金黑体膜用以吸收红外线,35,四、红外图像传感器原理,1.热电型红外光导摄像管构成原理由于热电效应,经透镜成像在光导摄像管上的红外图像所产生的温度分布在靶面上感应出相应的电压分布的图像,该电压分布被电子束拾取作为时序信号读出。,36,四、红外图像传感器原理,1.热电型红外光导摄像管构成原理由于发射红外线的被
8、测物体的温度随时间变化,故必须使用截光器,以产生静止图像,37,四、红外图像传感器原理,1.热电型红外光导摄像管构成原理热电型光导摄像管所用的电路与可见光光导摄像管所用的电路无实质差别。但由于热电型光导摄像管的信号比可见光弱一个数量级,因此必须采用信噪比(S/N)良好的前置放大器。,38,四、红外图像传感器原理,2.红外CCD使用固体电子扫描的红外摄像传感器,一般称为红外CCD,其红外热成像原理与热电型红外光成像原理基本相同。,39,四、红外图像传感器原理,2.红外CCD其红外光热电敏感元件和固体电子扫描部分均用相同半导体材料经过一系列处理而制成单片型红外CCD。也可用不同的半导体材料经不同处
9、理而制造、组装成混合型红外CCD。,40,第二节 人工视觉,人类借助五种感官从外界获取信息,而且90以上的信息来自于视觉。同样,要让机电一体化系统具有高度的适应性以及进行复杂的作业能力,也必须使之具备某种形式的人工视觉(又称机器视觉)。,41,第二节 人工视觉,从人眼进入的图像,经由100万根以上的视神经传到大脑,而大脑新皮质由140亿个神经细胞组成,由此识别图像。,42,第二节 人工视觉,人脑的工作方式和计算机不一样,它是并行处理大量信息,故判断非常快。目前人工视觉还无法赶上人眼,可是在实现机电系统智能化时,图像识别非常重要,因此,如何实现人眼的部分功能便是关键问题。,43,第二节 人工视觉
10、,简易型视觉:从检查作业对象的有无,测量其大致位置高级视觉:具有图像识别功能,44,一、人工视觉系统的构成,人工视觉系统的硬件构成一般由图像输入、图像处理、图像存储和图像输出四个子系统构成。,45,一、人工视觉系统的构成,人工视觉系统的硬件构成一般由图像输入、图像处理、图像存储和图像输出四个子系统构成。,46,一、人工视觉系统的构成,图像输入图像输入通过视觉传感器将对象物体变为二维或三维图像,再经光电变换将光信号变为电信号,通过扫描采样将图像分解成许多像素,再把表示各个像素信息的数据输入计算机进行图像处理。,47,一、人工视觉系统的构成,图像处理(预处理)去噪图像增强图像分割图像恢复,48,一
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