组成：成像物镜 组成：成像物镜 光电器件 1) 照相摄影系统：

  (1) 作用： 相当于人眼的晶状体 ①成像： 没有镜头，摄像机不能采集到任何图像。— 输出被噪声淹没 ②聚焦：当镜头成像平面不在摄像机像面上时，输出图像模糊不清 ---调整镜头的位置，改变CCD与镜头基准面的距离 ③ 曝光： 改变光积分时间/曝光量--- 改变灰度（人眼所不具备的功能） ④变焦：改变镜头的焦距 --- 改变成象大小 （人眼所不具备的功能）

  ③光电倍增管 原理：光 → 阴极 → 光电倍增极→ 阳极 → 电流 特点：光电流大，灵敏度较高 倍增率 倍增率=δn , δ-单极倍增率（3~6） 单极倍增率 n-倍增极数（4~14） ④应用：开关测量 → 光电开关 ，计数 (2) 内光电效应 ①原理： → 半导体 → 电子吸收能量 → 跃迁 → 电子-空穴对 光 体 收 跃 穴 光电导效应：原理：光 → 电子-空穴对 → 导电性 → 电阻 器件：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管 光生伏特效应: 原理： 光→PN结（无偏置）→ 电子→N, 空穴→P → 电动势 器件：光电池 （硅，锗） 器件 光电池 （硅 锗）

  自动安装部件，自动焊 接或自动切割加工、自 接或自动切割加工 自 动浇注系统等。

  (2) 零件尺寸的在线测量 钢板厚度的在线) 零件外观及内部缺陷检验测试 例：木料检测：缺陷、体积 例 木料检测 缺陷 体积 (4) 产品分类、分组 苹果分级、分色、配色 (5) 产品标识、编码识别 商品条码、印鉴、标签

  超低空雷达、超视距雷达、导弹制导、导弹导航、地形匹配、 单兵作战系统、战场遥测、夜视仪、声纳成象

  办公设备 --- 数 复 机 扫描仪 传真机 绘 仪 办 备 数码复印机、扫描仪、传真机、绘图仪 家用电器 --- 数码摄像机、数码照相机、可视电话、可视门铃

  卫星遥感图像 --- 气象卫星（红外成象 --- 云图 --- 气象状况） 资源卫星（多光谱成象 ---- 地质、矿藏、森林、灾害） 海洋卫星（合成孔径雷达成象 SAR 海洋 海浪 海滩） SAR--- 海洋、海浪、海滩） 航空摄影图像 --- （多目成象 --- 大地测量、测绘）

  “手-眼”定位： 两个摄像机 --- 两幅平面图像 --- 三维场景信息

  用于：目标识别、道路识别、障碍物判断、主动导航、自动视觉导航 无人驾驶汽车、无人驾驶飞机、无人战车、探测机器人 实例：美国Sojourner系列和Rocky系列火星探测移动机器人

  应用：工业自动化 开关元件，快速响应 应用：工业自动化---开关元件，快速响应 家电---(感应式节能灯：判断照度)

  ③光敏二极管（光电二极管） 原理： 半导体PN结无光时---高阻特性，微弱电流—暗电流，μA； 无光时 高阻特性 微弱电流 暗电流 A 光照时---电子→N,空穴→P → 光电流 光照愈强 --- 光电流愈大 特性：光照特性-灵敏度和线性好，光谱特性-单峰性

  ② 人工光源： a. 按发光机理：荧光灯 、卤素灯 、气体放电灯、发光二极管（LED）、 激光二极管LD

  ① 白炽光源： 器件：白炽灯 --- 钨丝（熔点3600K） 特点： 谱线;红外光） 应用： 滤色片 → 窄带频率光，避免杂光干扰 → 仪器 卤钨灯--- 改进的白炽灯（碘、溴） 特点 --- 亮度高 发光效率高 体积小 成本低 亮度高、发光效率高、体积小、成本低 ② 气体放电光源：原理：气体分子激发→放电 （电弧灯） 器件：碳弧灯、钠弧灯、氙弧灯、水银弧灯 器件：碳弧灯 钠弧灯 氙弧灯 水银弧灯 特点：功率大，光色接近日光，紫外线丰富 应用：强光、色温要求接近日光

  (1)图像存储体的作用： ①接收来自摄像机的图像信号： 模拟摄像机 --- 标准电视信号 数字摄像机 --- 数字信号 ②存储图像数据：容量大、速度高、存取方便 ③图像处理：简单预处理 --- 滤波、二值化 图像叠加 --- 直线、圆、数字、符号 ④图像输出：输出到监视器 --- 监视、观察 输出到计算机 --- 图像处理、模式识别 (2)图像存储体的种类：

  ③发光二极管： 原理：半导体，电致发光 器件：LED，可见光、红外光 特点： 体积小、功耗低、寿命长、响应快、易于数字控制、 比普通光源单色性好、亮度高 应用：电路（信号）、仪器面板（提示、报警、状态显示） ④激光光源： 原理：外界光→光原子→能级跃迁→受激辐射→光放大→谐振 →辐射激光 特点：方向性好---发散角很小(约0.18º)，比普通光小2~3数量级 亮度高 --- 能量高度集中，亮度比普通光高几百万倍 单色性好---光谱范围极小，频率单一； 单色性好 光谱范围极小 频率单 （He-Ne激光:λ=632.8nm,Δλ=10-6nm） 相干性好---受激辐射，传播方向/振动方向/频率/相位一致 时间相干性、空间相干性均好

  ②CCD分辨率：是CC 的主要性能指标 它决定了显示图像的清晰程度 ② 分辨率 是CCD的主要性能指标，它决定了显示图像的清晰程度， 分辨率越高，图像细节的表现越好。 像素 --- CCD每一个元素 像素越多 图像越清晰 CCD每 个元素，像素越多，图像越清晰 44万（768*576）、100万（1024*1024） 200万（1600 1200）、600万（2832 2128） 200万（1600*1200）、600万（2832*2128） 电视线 --- 简称线(TV LINES)，彩色摄像头一般330~500线线。电视线与CCD和镜头有关， 还与摄像头电路通道的频带宽度直接相关，通 常规律是1MHz的频带宽度相当于清晰度为80线。 频带越宽，图像越清晰，线数值相对越大。 灰度级 --- 灰度分辨率、色彩分辨率， 1/2n 位数：8位（bit）、10位、11位、12位、 位数 8位（bit） 10位 11位 12位 位数越多，图像越清晰。

  其中LED光源凭借其诸多的优点在现代视觉系统中得到慢慢的变多的应用。 LED光源的种类（形状）：

  背向照明： 被测物在光源和摄像机之间 前向照明： 光源放在物体的后面 前向照明

  结构光照明： 光源有特定的方向，光束有精确的形状。 --- 光栅或线光源 → 畸变 → 三维形状 频闪光照明： 高频率的光脉冲 --- 高速运动物体

  视觉检测技术综合运用了电子学、光电探 测、图象处理和计算机技术，将机器视觉 引入到工业检测中，实现对物体尺寸或位 引入到工业检测中 实现对物体尺寸或位 置的快速测量，具有非接触、速度快、柔 性好等突出优点。 性好等突出优点

  （2）生物图像分析：形状、组织切片、染色体配对、细菌、病毒、 （2）生物图像分析：形状 组织切片 染色体配对 细菌 病毒 病原体外观尺寸检测、颜色识别、表面损伤检验测试以及组织分析 例：水果分类；发芽土豆；杂草识别 例 水果分类 发芽土豆 杂草识别

  ④光敏三极管（光电三极管, PT: Photo-Triode） 原理：光敏二极管（bc结） 三极管 特点：灵敏度较高于光敏二极管， 特性：光照特性---灵敏度较高于光敏二极管，线性好 光谱特性---单峰性 光谱特性 单峰性 动态特性---响应速度低于光敏二极管

  交通 --- 车辆识别、牌照识别、车型判断、车辆监视、交通流量检测 安全 --- 指纹判别与 指纹判别与匹配、面孔与眼底识别、安全检查（飞机、海关） 面孔与 底 别 安全检查 机 海关 监视 --- 超市、商店防盗、银行监控，停车场、电梯闭路电视

  (1) 外光电效应及其器件 ①外光电效应 原理：光 → 物体表面 → 光电子发射 特点：速度快 从光照射到释放电子时间不超过10 特点：速度快---从光照射到释放电子时间不超过10-9秒。 需足够光能---光子能力 表面溢出功 应用：足够的光强，高速---光电开关 ②光电管 原理：光 → 阴极 → 光电子 → 阳极 → 空间电子流→外接电阻 空间电 流 外接电 → 压降U=f(I) 降 特点：简单，灵敏度低 （充入惰性气体→气体轰击→自由电子）

  晶状体 —镜头；视网膜 — 像敏面； 镜头；视网膜 远物体 — 晶状体扁平 — 屈光能力小 — 距离大（最大17mm) 近物体 — 晶状体厚 — 屈光能力大 — 距离小（最小14mm)

  ②光敏电阻： 原理：电阻器件，加直流偏压，无极性 无光照---电子-空穴对很少---电阻大(暗电阻) 有光照---电子-空穴对增多---导电性增强 特点：灵敏度高，体积小，重量轻，稳定性很高 特点 灵敏度高 体积小 重量轻 性能稳定 批量生产，价格实惠公道 特性：光照特性为非线性，光谱特性存在单峰，动态特性好 特性：光照特性为非线性 光谱特性存在单峰 动态特性好

  (1)光源的作用： ( )光源的作用 ①使视场有充足照度 ---- 整体亮度、突出特征量 ②满足一定的投影关系 ②满足 定的投影关系 ---- 位置变化 成像质量 位置变化、成像质量 ③满足一定的滤光要求 ---- 区别、对比度 选择 几何形状、照明亮度、均匀度、光谱特性，发光效率、常规使用的寿命 选择：几何形状、照明亮度、均匀度、光谱特性，发光效率、常规使用的寿命 (2)光源的种类： ① 自然光源 --- 天体（地球、太阳、星体）、大气

  系 视觉系统流程图 图像采集部分、图像处理部分、通信和I/O部分以及输出和执行机构 图像采集系统：可视化图像或特征→数据 光源 镜头 摄像机 图像采集卡等构成 由光源、镜头、摄像机、图像采集卡等构成 单目视觉：一个摄像组件（镜头摄像机） 多目视觉：多个摄像组件（镜头摄像机） 图像质量好 → 图像处理简单、结果理想 图像质量差 → 图象处理麻烦、结果不理想

  (1) CCD的种类： ①按成象器件分类：线阵CCD、面阵CCD 线阵CCD： 行，扫描；体积小，价格低； 线阵CCD：一行 扫描；体积小，价格低； 面阵CCD: 整幅图像；直观；价格高，体积大； ②按颜色分类：黑白摄像机、彩色摄像机 黑白摄像机：信息量小，时间、空间少 彩色摄像机：信息量大，时间、空间多 ③按扫描方式分类：逐行扫描、隔行扫描 逐行扫描：高速运动，避免边缘模糊 逐行扫描：高速运动 避免边缘模糊 ④按输出信号分类：模拟式、数字式 数字摄像机 ---- 电子快门 曝光时间: 1/50s、1/125s、1/250s、 1/500s、1/1000s、1/2000s、1/4000s、 1/8000s、1/16000s、1/32000s… ⑤按形状分类：长形、短形、方块形、半球形、单板形

  （1）医学临床诊断 ： X射线 B超 CT 核磁共振（MRI） X射线、B超、CT、核磁共振（MRI）

  医学影像融合分析 CT图像 自动检验测试：染色体切片、癌细胞切片、超声波图象