机器视觉ABC

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    A
    - Aperture
     
    Aperture 代表光圈, 也就是常在光学镜头上面看到可以开合的机械叶片, 其作用相当于人眼的瞳孔可以调节入光量至相机的底片或摄影机上的感光元件。 一般而言光圈打开時光圈值的F number 较小,而影像会较为明亮, 当光圈合上時光圈值的F number 较大,而影像较暗。 另外调整光圈也会影响曝光量以及景深远近。
     
     
     
    - AOI
    所谓的AOI (Automated Optical Inspection) 指的是自动化光学检测, 它是一种检测工具利用摄影机的光学特性去扫描电路板同时比对制造所需的讯息以区别东西是好是坏, 典型的应用有检查零件的上错件, 上错位置, 漏上件以及空焊等。
     
     
     
    - Area scan vs. Line scan
    面扫描(Area scan) 跟线扫描(Line scan) 本身除了感光元件(Sensor) 的型式不同外, 取像作动时的需求及结果也不同。 面扫描只要曝光取像即可取得可视范围内的面积影像, 线扫描每次曝光则只可取得可视范围内的一条线的影像资料, 若是要用线扫描去取得一个物件的面积影像则需搭配运动速度取像才可。
     
     
     
    - Aspect Ratio
    Aspect Ratio 为画面宽与高之比率。 电脑画面及一般影像画面比率为4 : 3 HDTV 则可提供16 : 9 的宽平面萤幕画面。
     
     
         
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    B
    - Barrel Distortion
    所谓的桶状变形(Barrel Distortion) 是因为光学镜头的镜片抛光角度的误差所造成的光学变形。 桶状变形常发生在广角镜头及变焦镜头或者使用增距镜头时, 尤其是接近镜片的外缘影像通常可以看到影像无法呈现完美的直线而出现近类似向外膨胀的状况。
     
     
     
    - Bayer Mask CCD
    即一般彩色数位相机常见的单晶片彩色CCD, 主要是将Bayer 滤镜加装在CCD 上。 每四个像素形成一个单元,一个负责过滤红色、一个过滤蓝色,两个过滤绿色(因为人眼对绿色比较敏感)。 结果每个像素都接收到感光讯号,但这样的彩色CCD 解析度不如纯黑白的CCD 感光解析度。
     
     
     
     
     
     
    - Binary Thresholding
    所谓的二值化指的是将影像中所有的像素灰阶资料, 依据灰阶限定值分类成黑色或白色。
     
     
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    - Bit Depth
    Bit Depths 位元深度是指一个单一像素可以有多少种的颜色变化(色彩深度)。 举例而言:1-bit的图像就只能显示黑色两色;而8-bit(相当于2 8 )则可以显示256的颜色变化(灰阶或彩色) ;而10-bit的话即可显示1024 种颜色的变化。。
     
     
     
     
    - Blooming
    所谓的辉散(Blooming) 现象也有另称为“光晕膨胀”, 它只会出现在CCD Sensor 上面, 辉散现象的形成原因在于CCD 每个光电二极体(photodiode) 对于强光的接收有其上限, 一旦光量大于接收力则多的光量将会溢出被临近的photodiode 所吸收, 以致影响临近的photodiode 亮度甚至是彩度都会影响到而产生出来的失真影像, 部份CCD 会增加设计Anti-Blooming Gate的设计, 即在photodiode 与photodiode 之间增设栅栏以避免Blooming 现象。象。
     
     
     
     
    - Blur effect
    所谓的运动模糊(Motion Blur) 现象, 顾名思义就是因为物体移动速度所造成的取像模糊, 主要是因为摄影机的曝光时间太长, 感光成像速度比物体移动速度要慢导致影像模糊甚至有拖影的现象. 特别是一般底片相机在遇到移动物件时因为光线累积至底片的关系, 因此拍摄运动物体的照片特别容易产生这种模糊现象。
     
     
         
         
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    C
    - 3CCD Camera
    所谓的3CCD 系指摄影机的感光元件有分红(Red), 绿(Green) 及蓝(Blue) 三组CCD, 其原理主要是利用光线的波长搭配稜鏡的滤光折射角度, 将影像分别投入到3 组CCD, 其作用是可以让彩色影像颜色更纯正更鲜明。
     
     
     
     
    - 4CIF/CIF/QCIF
    CIF 是Common Interface Format 的简称, 该规格主要为网路视讯会议影像传输及显示的标准, CIF 的解析度为352 x 288 画素, 另外有较高解析度的称之为4CIF 即解析度提升四位为704 x 576 画素, 同时另外有较低解析度的格式称之为QCIF 即解析度只有CIF 的四分之一为176 x 144 画素。
     
     
     
    - Camera Link
    所谓的Camera Link 是联合许多家摄影机及影像卡公司所发展出来的一种新的高速串列资料介面标准。由美国公司PULNiX (Camera Link 委员会主席)将它命名为”Camera Link”. Camera Link 是基于美国国家半导体公司(National Semiconductor) 的Channel Link 技术, 提供数位摄影机及影像采集卡一种通用, 高速, 串列可互相连接的接线标准, Camera Link 提供3 种架构– 基础架构(Base Configuration), 中等架构(Medium Configuration) 以及完整架构(Full Configuration) 而资料传输速度最快可以到达2.38 Gbps。
     
     
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    - CCD vs. CMOS
    CCD 是电荷耦合元件(Charge Coupled Device) 的缩写, CCD 主要材质为矽晶半导体,透过光电效应,由感光元件表面感应来源光线,从而转换成储存电荷的能力。 简单的说,当CCD 表面接受到快门开启,镜头进来的光线照射时,即会将光线的能量转换成电荷,光线越强、电荷也就越多,这些电荷就成为判断光线强弱大小的依据。CCD 元件上安排有通道线路,将这些电荷传输至放大解码原件,就能还原所有CCD 上感光元件产生的讯号,并构成了一幅完整的画面。
     
    CMOS 是互补性氧化金属半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 的缩写, CMOS 的材质主要是利用矽和锗这两种元素所做成的半导体,使其在CMOS 上共存着带N (带负电) 和P (带正电) 级的半导体,这两个互补效应所产生的电流即可被处理晶片纪录和解读成影像。 CMOS 对抗CCD 的优势在于成本低,耗电需求少, 便于制造, 可以与影像处理电路同处于一个晶片上。
     
     
     
     
    - CCIR
    CCIR (International Radio Consultative Committee) 指的是国际广播咨询委员会, 它曾经是一个全球性的组织负责制定早期欧规(625 条扫描线) 黑白电视的视讯标准。而目前以CCIR 601 的标准作为数位影像传输及录影的格式, 同时CCIR 也已变成ITU 国际电讯联盟(International Telecommunication Union)。
     
     
     
    - Centroid
    所谓的质量中心(Centriod) 指的就是一个形状的重心位置, 对机械视觉而言这是一个2 维的量测. 典型影像二值计算, 其二值的状况是将平均位于X 及Y 的所有黑色画素。 由瞬间的惯性去大量的计算通常结果质量中心为浮点值结果的其中之一。
     
     
     
    - Close-up Lens
    所谓的特写镜头(Close-up Lens), 是指用来加在摄影机/相机现有镜头前端的一种外加镜头, 用于超近距离拍摄。 它本身是无法单独连接摄影机/相机使用。
     
     
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    - C-Mount/CS-Mount/F-Mount
    C-Mount, CS-Mount 及F-Mount 皆为镜头接环的规格, 一般而言F-mount 规格(背焦距离46.5 mm) 的接环大多用于单眼相机或高解析度之工业级摄影机的镜头, C-Mount 及CS-Mount 则普遍应用于一般监控保全或工业级摄影机的镜头, 差别仅在于背焦距离C-Mount 是17.526 mm 而CS-Mount 则是12.5 mm。
     
     
     
    - Color Temperature
    大部份的光源都不是100% 的纯白, 因此有一种单位°K (Degree Kelvin) 的色温量度规格。比方说中午的日光比早晨或傍晚偏黄的日光相比是最接近白光。 依据色度图(Chromaticity Diagram)可以概略分出一些典型的光源种类。例如: 烛光色温大约是1500 °K, 白炽灯色温大约是3000 °K, 正中午的日光色温大约是5600 °K, 而晴空蓝天的色温则大约是9000 °K。
     
     
     
    - Comb effect
    所谓的梳形(Comb) 现象是指用交错式扫描(Interlaced-scan) CCD 摄影机去撷取移动物体时所产生的现象, 因此对于移动物体的取像最好是采用渐进式扫描(Progressive-scan ) 的摄影机。
     
     
     
    - Composite Video
    所谓的混合影像(Composite Video) 讯号是将影像的彩色及亮度资料混合一起送出的影像格式, 配线上为单一的同轴电缆线。一般采用NTSC, PAL 或SECAM 任一规范作同步类比影像讯号输出, 主要应用电视或监控保全摄影机。
     
     
         
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    D
    - Depth of Field
    在聚焦范围内的距离称之为景深(Depth of Field), 通常在景深范围内的物件不论前后都可以清楚聚焦呈现清晰的影像。一般而言当光圈F 值较小时景深是较短的, 相反的若是光圈F 值较大时则景深较深可以清晰的看到较远的物件, 如附图所示当光圈值设在f /2.4 时只有第1 张卡片是有聚焦影像清晰的, 而若是要让最远的那张卡片也清楚的话则光圈值至少要设在f/8。
     
     
     
     
    - Dot Grid Pattern
    所谓的网格点校正片(Dot Grid Pattern) 是一种校正工具用来确认摄影机取得的画面与其实际的物件物理解析度, 旋转角度, 偏斜角度及视角的正确比例。 比方说– 圆点的直径物理尺寸为1 mm, 而摄影机取得的圆点影像直径为2 个画素, 则我们可以知道影像的精度为0.5 mm, 解析度比例为1 : 2。
     
     
     
    - Dynamic Range
    所谓的动态范围(Dynamic Range) 主要是定义感光元件可以产生的最大及最微小的讯号。 最大可能讯号指的是画素的最佳显示比例; 而最小讯号则是感光元件无法曝光的杂讯层。 特别是摄影机若是动态范围够大的话可以同时撷取到强光及阴暗区的细部影像。
     
     
     
         
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    E
    - EIA (RS-170A)
    EIA (Electronics Industry Alliance) 指的是美国电子工业协会, 该协会制定了美规(525 条扫描线) 黑白电视的视讯标准称之为RS-170A, 其主要是用于NTSC 彩色系统标准里的黑白画面部份。
     
     
     
    - Exposure
    所谓的曝光指的是当光圈开多大或快门速度多快会决定感光元件或底片有接收到多少光线, 因此曝光是决定感光元件或底片的感光度。
     
     
     
    - External Trigger
    所谓的外部触发(External Trigger) 指的是由外部的周边或设备送来的讯号, 典型的讯号是TTL (Transistor -Transistor Logic), 它的动作就好像是一个机械教导器去设定处理或反应主要是依指令传输让某些设备同步动作。
     
     
         
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    F
    - Fish-eye Lens
    所谓的鱼眼镜头(Fish-eye Lens) 其实是一种超广角镜头, 它可以提 供超过100 度甚至到180 度的视角, 其几乎是无限景深且无需聚焦。 这种镜头由于其本身的外缘变形特性因此十分适合拍摄较梦幻的画面 。
     
     
     
    - Focal Length
    所谓的焦距(Focal Length) 指的是感光元件或底片在可以清楚看到影像的状况下, 从镜头的光学中心点到聚焦点之间的距离。
     
     
     
    - FOV
    所谓的可视范围(Field of View, 简称FOV), 系指CCD/CMOS 感光元件透过光学镜头的倍率及景深所实际感光到的物体影像范围。 因此实际物件的可视范围可以透过下列公式计算得到:

    FOV = (Sensor水平尺寸x工作距离) /光学镜头焦距长度
     
     
         
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    G
    - Gage Blocks
    所谓的块规(Gage Blocks) 是用于量产时终端标准量测长度的实体标准件, 许多尺寸量测的仪具必须依据块规来确定精度,通常各个国家都有自己的度量衡标准用来确认其国内的长度量测标准的一致性。
     
     
     
    - Gain
    Gain 常解释为影像讯号增益, 讲白一点就是影像讯号的振幅区间, 就肉眼所看到的直接影响就是影像的对比(锐利度) 会变得比较强或比较弱, 调高Gain 值等于是放大影像讯号但同时也会一起放大杂讯的讯号。
     
     
     
    - Gamma
    传统的电视及监视器皆采用阴极射线管(CRT, Cathode-ray Tube), 由于输入电压的关系使得CRT 呈现非线性的输出光束, 这种非线性所 产生的指数曲线即称之为伽玛( Gamma)。 所谓的伽玛校正是影像系统为了在CRT 上呈现接近线性的画面取得较好的影像对比, 因此在摄影机上加了可以反转CRT 的伽玛值使得CRT 输出光束接近于线性。
     
     
         
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    H
    - Hue
    色调(Hue or Tint Control) 系泛指色彩里面的红, 黄, 蓝, 绿等不同的颜色. 以数位式影像而言, 色彩通常以向量的波长值来表示不一样的颜色, 因此色调是一个可以清楚让我们区别颜色的参数。
     
     
     
    - Histogram Plot
    Histogram 是用于计算有多少相同灰阶值的画素, 列出由黑至白的画素数量。 这是一种典型的方式以长条形绘出水平轴代表灰阶值, 垂直轴代表数量。Histogram 常用于衡量影像的曝光程度及对比性。
     
     
         
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    I
    - IEEE 1394/Firewire/iLink
    所谓的IEEE 1394 的标准是1986 年由苹果电脑公司针对高速资料传输所开发的一种传输介面当时苹果将它的名称定为火线(Firewire),在1995 年美国电机电子工程师协会(IEEE, Institute of Electrical and Electronic Engineers) 将它定义为IEEE1394,Sony 所主导的消费性电子产品则将它称为iLINK。 目前市面上的IEEE 1394 有分2 种规格, 一种叫1394a 的资料传输速度可以到400 Mbps, 另一种则叫1394b 资料传输速度可以到800 Mbps。
     
     
     
    - Interlaced-scan
    此种影像输出模式是基于交错式CCD 感光元件的工作特性, 其原理是将感光影像之水平扫描线依顺序分奇数及偶数扫描线2 个图场, 影像讯号输出先送出奇数扫描线图场之后再送出偶数扫描线图场, 此种模式系利用人眼的视觉暂留原理适用于低更新率的标准电视系统(50/60 Hz)。
     
     
     
    - IR-Cut Filter
    所谓的红外光截止滤镜(IR Cut Filter), 顾名思义就是将红外线区段的光线滤除, 一般市面上的相机都会在感光元件前面加一片IR Cut Filter, 通常市面上的IR Cut Filter 并不仅仅是为了滤除红外线同时也会滤除紫外光(UV Light), 因此也有产品将它称之为紫外-红外光截止滤镜(UV-IR Cut Filter), 主要的目的是为了让相机拍照时仅针对可见光范围进行曝光成像, 而不会因为不可见光的光线波长干扰而影响成像结果。
     
     
         
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    J
    - Jitter
    Jitter 一般翻译为时基误差, 成因并非影像波型资料本身的错误,而是时间部分出错了, 其错误的时间差即称之为Jitter, Jitter 造成振幅没有在准确的时间呈现出来使得影像波型扭曲, 而影像可能会因此而出现叠影或残影的情形。
     
     
     
         
         
         
     
    L
    - Lux
    所谓的勒克斯(Lux) 是一种照度的衡量单位; 它并不是亮度的衡量单位, 灯源或发光体的亮度衡量单位称之为流明(Lumen)。 所谓勒克斯(Lux) 的照度指的是以1 烛光距离1 呎所能照射到的一平方公尺物体表面所呈现出来的明亮程度即称之为Lux, 通常1 Lux = 1 流明/平方公尺。
     
     
     
         
         
         
     
    M
    - Macro Lens
    所谓的微距镜头(Marco Lens) 是一种可以在较近的距离拍摄得放大率十分高的照片,甚至能拍摄到影像与实物大小相同的1 : 1 比例照片。
     
     
     
    - MTF
    所谓的MTF 是Modulation Transfer Function 的缩写, 中文被翻译为调制转移函数。 MTF 是一个以既定程序检测的量化方法,针对镜头锐利度计算而取得的测量数据用来检测解像力。 在数学上,MTF 得自Spatial Frequency Response (空间频率响应),Spatial Frequency 指的是单位空间中Cycle 的次数;应用于镜头上,则为单位长度里一黑线一白线的反覆次数,一黑线一白线的组合为一个Cycle,称为line pair (lp)。 一般常用的单位为Lp/mm,代表每mm 有几条line pairs。 空间频率越高,透过镜头拍摄出来的影像若仍能够分辨出一黑一白的线条,代表镜头解像力越高。
     

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