机器视觉期末复习（第三章）

一、工业相机由几个模块组成？

答：

图像传感器、内部处理电路、数据接口、IO接口、光学接口

二、千兆网接口特性

答：

1、速度：1Gbps

2、电缆长度：数据无损失的情况下，无中继传输最远可达100米，传输效率高

3、线缆：超五类或六类网线

4、优点：千兆网可以匹配PC硬件上的标准网络接口；在使用多个相机的时，基础信息较为容易配置；传输距离长，可以满足绝大部分机器视觉应用场景；具备一种特殊的供电方式—PoE供电，可在传输数据的同时，还能为相机提供直流供电，无需另接电源线，更加方便；同样的架设环境下，只需更换网卡和网线就可实现千兆到万兆网的升级。

5、局限性：带宽<1Gbps，高分辨率的相机在千兆网环境下，帧率十分受限；UDP传输存在丢包的风险。

三、万兆网接口特性

答：

1、速度：10Gbps

2、电缆长度：图像无损失情况下，无中继传输最远可达100米，传输效率高

3、超六类网线

4、优点：与千兆网类似，在使用多个相机的时，其基础信息容易配置；传输距离长，无中继传输可达100米，光纤则更长；同样支持PoE供电，可在传输数据的同时，还能为相机提供直流供电；向下兼容千兆网等。

5、局限性：UDP传输仍然存在丢包的风险。

四、USB接口特性

1、速度：5Gbps

2、电缆长度：图像无损失情况下，最长可达3米，5米以上的USB线缆建议用光纤线

3、线缆：Micro USB 3(B型)线缆

4、优点：USB 3是PC上标准的硬件接口，无需另配采集卡，即插即用，便于使用；具备低CPU负载，信号延迟和抖动（实时功能），以及低能耗和挂起模式的能源管理等功能；是一根电缆解决方案（通过USB 3电缆供电）。

5、USB 3信号在线缆较长时会有衰减，一般建议使用3米内线缆，5米以上的USB线缆建议用光纤线；普通线缆的抗干扰能力比较弱。

五、Gamera Link接口特性

答：

1、速度：6.8Gbps

2、优点：Camera Link接口协议稳定、标准，且具备高数据流；是一种电缆解决方案（Camera Link供电）；有三种不同尺寸的连接件可供选择，直连图像数据延迟低。

3、局限性：需要搭配Camera Link的图像采集卡，外围设备价格较高（采集器和电缆）；电缆长度受限，通常使用的电缆长度仅为7m；综合环境架设复杂度较高。

六、CoaPress接口特性

答：

1、速度：CXP-6单通道最大传输速率可达到6.25Gbps，CXP-12可以升级到12.5Gbps。

2、长度：一般传输距离在35m-105m，但不同供应商，线缆传输距离会有不同。

3、线缆：CXP-6、CXP-12线，电缆的相机端采用DIN口，采集卡端的接口需要根据采集卡型号来配套选择；可使用1、2、4根CoaXPress线传输数据。

4、优点：一线多用，包括图像数据传输，相机信号控制，触发信号以及电源供电等；支持热插拔，具备灵活的多相机方案，易用性和可靠性很高；同时拥有高带宽和远距离传输的优点；抗干扰能力强。

5、局限性：需要搭配特定的CoaXPress图像采集卡，比Camera Link更高价的外围设备（采集器和电缆）；综合环境架设复杂度较高。

七、几种数据接口对比

答：

八、分辨率

答：

1、分辨率主要用于描述相机对被摄物的分辨能力。

2、面阵相机的分辨率是指相机感光芯片的像素个数（Pixels），目前主流工业面阵相机涵盖从0.3MP到151MP级别的分辨率。

3、对于线阵相机而言，芯片排布以横向为主，纵向为单行或数行，主流工业线阵相机包含2k，4k以及8k分辨率。

九、什么是像元尺寸？

答：

像元尺寸指芯片像元阵列上每个像元的实际物理尺寸，芯片的像元尺寸越大，单个像元能够接收到的光子就越多，该芯片的感光性能也就越强。

十、相机帧率/行频是什么？

答：

1、帧率/行频指相机采集和传输图像的速率。
2、对于面阵相机来说，一般用每秒采集的帧数（Frames/Sec.），即帧率来表征；
3、而线阵相机机通常用每秒采集的行数（单位Hz），即行频来衡量。

十一、什么是像素位深？

答：

1、像素位深指单个像素数据的位数，一般常用的为8Bit，一般工业相机还可提供10Bit、12Bit以及16Bit等。

2、像素位深也被称为图像深度，当像素位深越大时，其表示单个像素的位数越大，它能表达的灰阶范围就越大，所显示出的图像深度就越深。而像素位深越大，所占用的存储空间也就越大。

十二、什么是曝光时间？

答：

曝光时间即为像元感光的时间，也称为快门时间。在相同外部条件下，曝光时间越长，图像亮度越高，但相应的帧率/行频会降低。

十三、什么是光谱响应？

答：

光谱响应特性是指芯片对于不同波段光线的响应能力，通常用光谱响应曲线来表征。

十四、什么是动态范围？

答：

动态范围反映了工业相机探测光信号的范围，动态范围越大，相机对于图像上的亮处和暗处的细节展现越明显。

十五、什么是信噪比？

答：

信噪比是指图像中信号与噪声的比例，通常以SNR表示，单位为分贝（dB）。图像信噪比越高，图像质量越好。

十六、光学接口

答：

工业相机与镜头之间的接口为光学接口，一般有C口，CS口，M12口，M42口，F口，M58口，M72口等。

十六、法兰距

答：

相机安装面到Sensor的光学距离称为法兰距。

十七、成像系统的基本参数

答：

1、视场（FOV）：

在图像传感器上可以观察到的被检测物体的可视区域长度。

2、工作距离（WD）：

被检测物体到镜头前端机械面的距离。

3、分辨率：

能够通过成像系统分辨的物体的最小特征尺寸

4、传感器尺寸：

图像传感器有效区域的尺寸。

5、光学倍率：

传感器尺寸与被测物体视场的比值。

十八、焦距的定义

答：

对于简单的薄凸透头，焦距可以定义为镜头对无限远目标成像时，镜头到图像平面的距离。

十九、如何获得较大的视场？

答：

1、直接将被测物体远离镜头来增大工作距离，成像系统的视场也会随之增大；
2、使用焦距更短的镜头，通过增大视场角来增大视场；
3、选用尺寸更大的图像传感器。

二十、什么是对比度？

答:

对比度是指给定的物体分辨率下，黑色线条与白色线条区分的程度。明暗线条之间的强度差异越大，对比度越高。

二十一、畸变是什么？

答：

畸变是指光学系统对物体所成的像相对于物体本身而言的失真程度。

二十二、什么是相对照度？

答：

相对照度定义为像平面不同坐标点的照度和中心点照度之比，用于量化传感器内的照度分布。

二十三、远心镜头

答：

远心工业镜头主要是为纠正传统工业镜头的视差而特殊设计的镜头。普通工业镜头目标物体越靠近镜头(工作距离越短)，所成的像就越大。而远心镜头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。

二十四、几种常见的光源种类

答：

LED灯、卤素灯、荧光灯、白炽灯

二十五、LED灯相比于其它光源的优势

答：

1、能效和寿命上有较大优势。

2、多色选择：涵盖远红外、可见光、紫外光。可根据被测物不同的显色特性和检测要求选择不同波段（颜色）的LED光源。

3、响应速度快：单个LED响应时间可达到纳秒级。

4、可触发和频闪：可被触发点亮或者频闪照明，提高光源利用率或瞬间亮度，解决在线拍摄照明不足的问题。

5、结构设计灵活：可根据被测物形状特征，设计相应的发光角度和结构，对于空间不足的设备，有显著优势。

二十六、什么是光通量？

答：

光通量（Luminous Flux）指人眼所能感觉到的辐射功率，它等于单位时间内某一波段的辐射能量和该波段的相对视见率的乘积。

二十七、什么是发光强度？

答：

发光强度简称光强，国际单位是candela（坎德拉）简写cd，其他单位有烛光，支光。1cd即1000mcd是指单色点光源，在给定方向上的单位立体角发出的光通量。可以说，这个量是表明发光体在空间发射的汇聚能力的。

二十八、什么是光照强度？

答：

光照强度是指单位面积上所接受光的光通量。简称照度，单位勒克斯（Lux或Lx）。用于表示光照的强弱和物体表面被照明程度。

二十九、颜色和波长

答：

光的波长在380nm~760nm之间，能被人眼所感知，称为可见光，每种颜色对应一种波长。在光波中<400nm波长的光称为紫外光，>780nm称为红外光。

三十、什么是色温？

答：

1、色温表示光源包含的光谱成分。

2、色温是指绝对黑体从绝对零度(-273℃)开始加温后所呈现的颜色。

3、黑体在受热后．逐渐由黑变红，转黄，发白，最后发出蓝色光。当加热到某个温度，黑体发出的光所含的光谱成分，就称为这一温度下的色温，计量单位为“K”(开尔文)。K越低，颜色就越红。

三十一、什么是显色性？

答：

1、显色性就是指不同光谱的光源照射在同一颜色的物体上时，所呈现不同颜色的特性。

2、通常用显色指数（Ra）来表示光源的显色性，能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数(Ra)高的光源，其数值越接近100，所呈现的效果就越接近自然光，显色性越好；光源显色性差必定照射到物体上反射的颜色也差。

三十二、什么是正向光？

答：

光源位于被测物的上方，光线照射在被测物表面，根据光源的发光角度可分为高角度光源、低角度光源，以及包含高、低角度的无影光源。

三十三、高角度光

答：

光路描述：光线与水平面角度>45°称为高角度光。
效果分析：高角度照射，光线经被测物表面平整部分反射后进入镜头，图像效果表现为灰度值较高；不平整部分反射光进入不了镜头，图像效果表现为灰度值较低。
主要应用：定位、字符检测、轮廓检测、划伤检测、尺寸测量。
常用光源：高角度环形光、条形光、面光、同轴光、点光等。

三十四、低角度光

答：

光路描述：光线与水平面角度<45°称为低角度光。
效果分析：低角度照射，被测物表面平整部分的反射光无法进入镜头，图像效果表现为灰度值较低；不平整部分的反射光进入镜头，图像效果表现为灰度值较高。
主要应用：定位、字符检测、轮廓检测、划伤检测、尺寸测量。
常用光源：低角度环形光、条形光、线光等。

三十五、无影光

答：

光路描述：通过结构或漫射板改变光路，最终发光角度包含了高角度和低角度。
效果分析：兼具了高角度光和低角度光的效果，使被测物得到了多角度的照射，表面纹理、皱褶被弱化，图像上整体均匀。
主要应用：定位、尺寸测量、弧形产品表面检测。
常用光源：圆顶光、环形无影光、方形无影、灯箱等。

三十六、同轴光

答：

光路描述：反射光线与镜头平行，称为同轴光。
效果分析：光线经过平面反射后，与光轴平行地进入镜头。此时被测物相当于一面镜子，图像体现的是光源的信息，当“镜子”出现凹凸不平时，将格外地明显。
主要应用：划痕、压印、凹凸点检测，轮廓检测。
常用光源：同轴光、平行同轴光、面光、线光。

三十七、背光

答：

光源位于被测物的下方，无遮挡时，光线直接进入镜头，图像灰度值很高；由于被测物遮挡了光线，图像上灰度值很低，所以得到了被测物的轮廓信息。

三十八、漫射背光

答：

光路描述：光源经过漫射板散射发光。
效果分析：提取轮廓时，对于有厚度、有弧度的产品，图像上边缘发虚，不够锐利；而对于扁平的产品，图像效果稳定，性价比高。
主要应用：定位、尺寸测量、有无检测、缺陷检测。
常用光源：面光。

三十九、平行背光

答：

光路描述：通过平行结构使光源发出平行光。
效果分析：平行光能够精确得到不规则被测物的外轮廓，使诸如圆柱形产品，或有倒角、圆角的产品边缘成像清晰、锐利。一般配合远心镜头使用，精度很高。
主要应用：尺寸测量。
常用光源：平行面光、平行同轴光。

四十、结构光

答：

光路描述：通过特殊结构使光源发出清晰的线阵列或点阵列。
效果分析：光源投射到被测物上，缺陷会使得光斑阵列图案发生扭曲。
主要应用：平整度检测。
常用光源：结构光。

四十一、亮场

答：

背景灰度值高，特征灰度值低。

四十二、暗场

答：

背景灰度值低，特征灰度值高。