2024年5月25日发(作者：冒飞文)
机器视觉创新综合实验
一、介绍：
机器视觉系统的特点是提高生产的自动化程度。在一些不适合人工作的危险
环境下或者人工视觉难以满足要求的场合，常用机器视觉来替代人工视觉；同时
在大批量生产过程中，人工视觉检测产品效率低且精度不高，用机器视觉检测方
法可以大大提高生产效率和自动化程度。在现代化生产中，人们广泛的将机器视
觉系统广泛地用于工况监测、成品检验和质量控制等领域。本实验模拟机器视觉
系统在生产实践中的多种应用，深化同学对机器视觉系统的认识。
二、涉及内容
：
光电检测、信息光学、数字图像处理
三、实验原理
（1）机器视觉系统的基本构成及工作原理：
一个典型的工业机器视觉系统包括：光源、镜头、 相机（包括CCD 相机
和COMS相机）、图像处理单元（或图像捕获卡）、图像处理软件、监视器、通
讯 / 输入输出单元等。
1)照明系统
照明是影响机器视觉系统输入的重要因素,它直接影响输入数据的质量和应
用效果。由于没有通用的机器视觉照明设备，所以针对每个特定的应用实例，要
选择相应的照明装置，以达到最佳效果。
2）图像传感系统
机器视觉的图像传感器一般包括三个部分：镜头，摄像机，图形采集卡。
一般来说，图像传感器实施对景物图像的采集；图形采集卡承担着对摄像机所采
集图像的前置处理任务，是图像传感器与主处理器之间的链接“桥梁”。
3）图像处理系统
机器视觉系统的图像处理系统软件主要包括计算机操作系统及其应用软件、
图像处理算法软件、控制软件等。其中，图像处理算法软件是机器视觉系统中最
为关键的软件，因为它反映出对不同被测对象图像特征检测的核心思想（数学模
型）。实际上图像处理算法的涉及范围十分广阔，根据应用目的的不同，可包括
摄像机标定算法、图像输入处理、图像滤波、边缘检测、特征提取、图像匹配、
深度识别。
（2）图像采集设备的研究
1）、
远心光路
远心光路就是孔径光阑位于光学系统焦点处的光路。
在测量仪器中，远心光路的作用是非常明显的，因为它大大降低了因系统离
焦而引起的测量误差。远心光路中按照光阑位置的不同，又分为物方远心光路和
像方远心光路，光阑在像方焦点处的为物方远心光路，光阑在物方焦点处的为像
方远心光路。
在图
7-1
中，光阑在物镜上，为非远心光路。按照测量要求，被测物AB的
像A’B’应与分划板MN重合。但在实际测量中往往因调试误差而产生离焦，物
M
B
1
’
A
B B
1
N
A
‘
A
1
B
‘
A
1
’
图7-1
非远心光路
面位置实际位于A
1
B
1
处，它的像与MN不重合，在MN上的投影为CD，这样
就导致了测量误差。
在图7-2中，在像方焦点上加上孔径光阑，成为物方远心光路。由于调焦不
准，物面由AB移动至A
1
B
1
，同时像面也由A’B’移动至A’
1
B’
1
处，但由于是远
心光路，主光线平行于光轴，出射主光线通过焦点，主光线方向没有任何改变，
A
1
B
1
的像A’
1
B
1
’在分划板上的投影仍为A’B’，因此没有引起测量误差。当然，
由于离焦，像在分划板上的投影有一些弥散，但投影中心没有变化，虽然也会造
成判读误差，但是相比投影误差会小得多。
M
A
1
A
‘
A
1
f
’
A
f
‘
B
B
1
B
‘
B
1
图7-2
‘
物方远心光
N
在图7-3中，把光阑放在物镜的前焦面处。由于轴外主光线在像方是平行的，
即使调焦有误差，其主光线在分划板上的位置也没有变化，读数还是相同的。
综上所述，因主光线平行于光轴，造成的结果是物体前后移动时，在像面上
的像点只会模糊而位置中心不变。
2）、
景深
在实际测量中，被测物都是有一定空间深度的，也就是说，需要将一定深度
范围的物空间成像在一个平面上。
2024年5月25日发(作者：冒飞文)
机器视觉创新综合实验
一、介绍：
机器视觉系统的特点是提高生产的自动化程度。在一些不适合人工作的危险
环境下或者人工视觉难以满足要求的场合，常用机器视觉来替代人工视觉；同时
在大批量生产过程中，人工视觉检测产品效率低且精度不高，用机器视觉检测方
法可以大大提高生产效率和自动化程度。在现代化生产中，人们广泛的将机器视
觉系统广泛地用于工况监测、成品检验和质量控制等领域。本实验模拟机器视觉
系统在生产实践中的多种应用，深化同学对机器视觉系统的认识。
二、涉及内容
：
光电检测、信息光学、数字图像处理
三、实验原理
（1）机器视觉系统的基本构成及工作原理：
一个典型的工业机器视觉系统包括：光源、镜头、 相机（包括CCD 相机
和COMS相机）、图像处理单元（或图像捕获卡）、图像处理软件、监视器、通
讯 / 输入输出单元等。
1)照明系统
照明是影响机器视觉系统输入的重要因素,它直接影响输入数据的质量和应
用效果。由于没有通用的机器视觉照明设备，所以针对每个特定的应用实例，要
选择相应的照明装置，以达到最佳效果。
2）图像传感系统
机器视觉的图像传感器一般包括三个部分：镜头，摄像机，图形采集卡。
一般来说，图像传感器实施对景物图像的采集；图形采集卡承担着对摄像机所采
集图像的前置处理任务，是图像传感器与主处理器之间的链接“桥梁”。
3）图像处理系统
机器视觉系统的图像处理系统软件主要包括计算机操作系统及其应用软件、
图像处理算法软件、控制软件等。其中，图像处理算法软件是机器视觉系统中最
为关键的软件，因为它反映出对不同被测对象图像特征检测的核心思想（数学模
型）。实际上图像处理算法的涉及范围十分广阔，根据应用目的的不同，可包括
摄像机标定算法、图像输入处理、图像滤波、边缘检测、特征提取、图像匹配、
深度识别。
（2）图像采集设备的研究
1）、
远心光路
远心光路就是孔径光阑位于光学系统焦点处的光路。
在测量仪器中，远心光路的作用是非常明显的，因为它大大降低了因系统离
焦而引起的测量误差。远心光路中按照光阑位置的不同，又分为物方远心光路和
像方远心光路，光阑在像方焦点处的为物方远心光路，光阑在物方焦点处的为像
方远心光路。
在图
7-1
中，光阑在物镜上，为非远心光路。按照测量要求，被测物AB的
像A’B’应与分划板MN重合。但在实际测量中往往因调试误差而产生离焦，物
M
B
1
’
A
B B
1
N
A
‘
A
1
B
‘
A
1
’
图7-1
非远心光路
面位置实际位于A
1
B
1
处，它的像与MN不重合，在MN上的投影为CD，这样
就导致了测量误差。
在图7-2中，在像方焦点上加上孔径光阑，成为物方远心光路。由于调焦不
准，物面由AB移动至A
1
B
1
，同时像面也由A’B’移动至A’
1
B’
1
处，但由于是远
心光路，主光线平行于光轴，出射主光线通过焦点，主光线方向没有任何改变，
A
1
B
1
的像A’
1
B
1
’在分划板上的投影仍为A’B’，因此没有引起测量误差。当然，
由于离焦，像在分划板上的投影有一些弥散，但投影中心没有变化，虽然也会造
成判读误差，但是相比投影误差会小得多。
M
A
1
A
‘
A
1
f
’
A
f
‘
B
B
1
B
‘
B
1
图7-2
‘
物方远心光
N
在图7-3中，把光阑放在物镜的前焦面处。由于轴外主光线在像方是平行的，
即使调焦有误差，其主光线在分划板上的位置也没有变化，读数还是相同的。
综上所述，因主光线平行于光轴，造成的结果是物体前后移动时，在像面上
的像点只会模糊而位置中心不变。
2）、
景深
在实际测量中，被测物都是有一定空间深度的，也就是说，需要将一定深度
范围的物空间成像在一个平面上。