VDI VDE 2632 Blatt 1-2010 Machine vision - Basics terms and definitions.pdf

1、ICS 01.040.37, 35.240.50 VDI/VDE-RICHTLINIEN April 2010VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE VERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK Industrielle Bildverarbeitung Grundlagen und Begriffe Machine vision Basics, terms, and definitions VDI/VDE 2632Blatt 1 / Part 1 Ausg. deutsch/englisch Issue G

2、erman/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) Frhere Ausgaben: 06.01; 12.08 E

3、ntwurf, deutsch Former editions: 06/01; 12/08Draft, inGerman only Vervielfltigung auch fr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedZu beziehen durch / Available atBeuthVerlagGmbH, 10772 BerlinAlleRechtevorbehalten/ All rights reserved VereinDeutscher

4、Ingenieuree.V., Dsseldorf 2010 Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung. 2 1 Anwendungsbereich. 2 2 Begriffe 3 2.1 Allgemeine Begriffe. 3 2.2 Objekt/Szene 6 2.3 Beleuchtung . 9 2.4 Optik/Bildsensor 16 2.5 Rechner/Software. 20 2.6 Strungen. 24 Anhang Benennungsindex 26 Schrifttum 30 Pre

5、liminary note .2 Introduction 2 1 Scope .2 2 Terms and definitions.3 2.1 General terms .3 2.2 Object/scene .6 2.3 Illumination 9 2.4 Optics/image sensor .16 2.5 Computer/software.20 2.6 Disturbances.24 Annex Term index 28 Bibliography.30 Fachbereich Fertigungsmesstechnik VDI/VDE-Handbuch Fertigungsm

6、esstechnik B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 2 VDI/VDE 2632 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unterBeachtung der Vorgaben und Empfehlungen derRichtlinie

7、 VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung derLizenzbedingungen (www.vdi-ri

8、chtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the gu

9、ideline VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this guideline without infringement of copyright is permitted subject to the l

10、icensing con-ditions specified in the VDI notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this guideline. Einleitung Industrielle Fertigungsprozesse zeichnen sichdurch eine stndig fortschreitende Automatisierung und immer hhere Anforderungen an die

11、Ferti-gungsqualitt aus. Dies wird durch den Einsatz der Bildverarbeitung in vielen Fllen erst ermglicht.Die hergestellten Produkte mssen zuverlssig,objektiv, mglichst vollautomatisch und in Bezugauf definierte Produkt- und Qualittsvorgabenberwacht werden. Hier ist die industrielle Bild-verarbeitung

12、mit ihren Methoden und Verfahren zur Fertigungsautomatisierung, zur automatischenSichtprfung und zur berhrungslosen Messtech-nik ein wichtiger Bestandteil. Der VDI/VDE-GMA-Fachausschuss Bildverar-beitung in der Mess- und Automatisierungstech-nik“ hat sich zum Ziel gesetzt, fr die Verstndi-gung von N

13、utzern und Anbietern von Bildverarbei-tungssystemen eine gemeinsame Basis zu schaffen. Zur Richtlinienreihe VDI/VDE 2632 sind mehrere Bltter geplant. Diese werden die bisherige Richt-linie VDI/VDE 2632 Blatt 1:2001-06 ablsen. Introduction Industrial production processes are characterised by constant

14、ly proceeding automation and increas-ing demands on the production quality. In many cases this is primarily enabled by the use of image processing. The products need to be monitored in a reliable, objective, preferably fully automated way as well as to the defined product and quality speci-fications

15、. To this end the industrial image process-ing with its methods and techniques for production automation, automatic visual inspection and con-tact-free measurement is an important factor. The VDI/VDE-GMA committee ”Image Processing in Measurement and Automation” of the aims at providing a common gro

16、und for the communica-tion between users and providers of image process-ing systems. Several parts are planned for the guideline seriesVDI/VDE 2632. They will supersede the previous guideline VDI/VDE 2632 Part 1:2001-06. 1 Anwendungsbereich Diese Richtlinie beschreibt Grundlagen und defi-niert Begri

17、ffe, die fr den Einsatz von Bildverar-beitungssystemen bentigt werden. Sie regelt eineeinheitliche Ausdrucksweise auch im berbetrieb-lichen Umfeld. Dazu wurden auch bewusst bereitsim Markt gebruchliche Begrifflichkeiten aufge-nommen. Um die Richtlinie allgemeinverstndlich zu halten,wird an manchen S

18、tellen auf eine detaillierte phy-sikalische und technische Ausfhrung der Zusam-menhnge verzichtet. Diese Richtlinie kann dahereine grndliche Einarbeitung in die Grundlagen der1 Scope This guideline describes the principles and defines the terms necessary for the use of image processing systems. It r

19、egulates a consistent terminology also in an extra-company environment. Thereto com-monly used concepts are also included. In order to ensure a general understanding of the guideline, a detailed physical and technical specifi-cation of the contexts is ignored on some points. Hence this guideline can

20、not replace a thorough induction into the principles of the industrial image B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 VDI/VDE 2632 Blatt 1 / Part 1 3 industriellen Bildverarbeitung nicht ersetzen. Siesoll

21、 vielmehr wesentliche Zusammenhnge aufzei-gen und zur eingehenderen Beschftigung mit der Thematik anregen. processing, but is to highlight substantial coheren-cies and to encourage for further engagement with this topic. 2 Begriffe Es werden Begriffe gelistet, die ein Bildverarbei-tungssystem kennze

22、ichnen. Eine entsprechendeZuordnung erfolgt entsprechend Bild 1. Im Rahmen dieser Richtlinie wird typischerweisevon Licht“ im Sinn des sichtbaren Lichts“ unddessen Randbereichen (nahes UV und nahes IR)sowie dessen optischen Anwendungen gesprochen(Wellenlngenbereich 350 nm bis 1100 nm). Diegrundstzli

23、chen Ausfhrungen gelten im Allge-meinen jedoch auch fr verwandte Anwendungen.2 Terms and definitions Terms are listed below characterising an image processing system. A corresponding allocation is effected according to Figure 1. In the scope of this guideline light“ means visi-ble light“, its periph

24、ery (near-ultraviolet and near-infrared) and its optical applications (wavelength range 350 nm to 1100 nm). But the fundamental specifications also apply for similar applications in general. 2.1 Allgemeine Begriffe 2.1.1 Abbildungsoptik Vorrichtung zur optischen Abbildung der Szene(2.1.16) auf den B

25、ildsensor (2.1.7) 2.1.2 Beleuchtung Lichtquelle, die das fr die Beobachtung des Ob-jekts (2.1.10) oder der Szene (2.1.16) bentigteLicht in einer definierten Weise zur Verfgung stellt 2.1.3 Beleuchtungsfeld rtliche Verteilung der Bestrahlungsstrke (2.3.4) in einem Raumbereich, in dem sich die Szene(2

26、.1.16) befindet 2.1.4 Bilddaten (digitales Bild) digitale Reprsentation eines vom Bildsensor(2.1.7) aufgenommenen Bilds 2.1.5 Bildebene Ebene, auf die die optische Abbildung projiziert wird 2.1.6 Bildfeld vom System erfasster Bereich der Bildebene (2.1.5)2.1.7 Bildsensor (Bildaufnehmer) Sensor, der

27、ein optisches Abbild oder Signal in einelektrisches Signal wandelt 2.1.8 Digitalisierung berfhrung des auf den Bildsensor (2.1.7) proji-zierten analogen Bilds in eine digitale Form (Bild-daten (2.1.4) 2.1 General terms 2.1.1 imaging optics device for optically reproducing the scene (2.1.16) on the i

28、mage sensor (2.1.7) 2.1.2 illumination light source that provides the light necessary in a defined way to observe the object (2.1.10) or the scene (2.1.16) 2.1.3 illumination field local distribution of the irradiance (2.3.4) in the area of the room the scene (2.1.16) is situated in2.1.4 image data

29、(digital image) digital representation of an image captured by the image sensor (2.1.7) 2.1.5 image plane plane on which the optical image is reproduced on2.1.6 image field area of the image plane (2.1.5) covered by the sys-tem 2.1.7 image sensor sensor that converts an optical image or signal into

30、an electrical signal 2.1.8 digitisation conversion of the analogue image projected onto the image sensor (2.1.7) into a digital form (image data (2.1.4) B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 4 VDI/VDE 2632 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingen

31、ieure e.V., Dsseldorf 2010 Strungen Beleuchtung Szene, Objekt Bildsensor Optik Digitalisierung Licht (Beleuchtungsfeld) Licht (Beobachtungsfeld) AbbildAnaloges elektrisches Signal Rechner, Software BilddatenProzessschnittstelle Informationen/Signale Steuer- befehle Mensch-Maschine-SchnittstelleBild

32、1. Struktur eines Bildverarbeitungssystems 2.1.9 Mensch-Maschine-Schnittstelle Schnittstelle, die der Informationsausgabe (vomBildverarbeitungssystem an den Bediener) und derEingabe von Steuerbefehlen und Systemparame-tern (vom Bediener an das Bildverarbeitungssys-tem) dient 2.1.10 Objekt Teil der S

33、zene (2.1.16), der zu untersuchen oder zu erkennen ist 2.1.11 Objektfeld Bereich eines Objekts (2.1.10), den das Bildauf-nahmesystem erfasst 2.1.12 Prozessschnittstelle Schnittstelle, die dem Informations- und Signalaus-tausch zwischen Bildverarbeitungssystem undexternen Systemen (z. B. SPS, Sensore

34、n oder Akto-ren, Leitrechner) dient 2.1.9 human-machine interface interface serving for the information output (from image processing system to operator) and for the input of control commands and system parameters (from operator to image processing system) 2.1.10 object part of the scene (2.1.16) wh

35、ich is to be examined or visible 2.1.11 object field zone of an object (2.1.10) the image processing system covers 2.1.12 process interface interface serving for information and signal ex-change between the image processing system and external systems (e.g. PLC, sensors or actuators, process control

36、) B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 VDI/VDE 2632 Blatt 1 / Part 1 5 illumination Figure 1: Structure of an Image Processing System 2.1.13 Rechner Datenverarbeitungssystem zur Auswertung deraufgenom

37、menen Bilddaten (2.1.4) 2.1.14 Sichtfeld rumlicher Szenenbereich, den das Bildaufnahme-system (bestehend aus Abbildungsoptik (2.1.1) und Bildsensor (2.1.7) erfasst 2.1.15 Strung unerwnschter Einfluss auf das Bildverarbeitungs-system, der eine korrekte Auswertung erschwert 2.1.16 Szene Ausschnitt ein

38、er dreidimensionalen Umwelt beste-hend aus Objekt(en) (2.1.10) und Hintergrund (2.2.7), der fr die Lsung einer Bildverarbei-tungsaufgabe relevant ist Anmerkung: Bei der Abbildung durch das bildgebende Sys-tem knnen alle optischen Eigenschaften der Szene im Zu-sammenspiel mit der Beleuchtung (2.1.2)

39、und der Beobach-tung wichtig sein. 2.1.13 computer data processing system to analyse the covered im-age data (2.1.4) 2.1.14 field of view section of the spatial scene covered by the imaging system (consisting of imaging optics (2.1.1) and image sensor (2.1.7) 2.1.15 disturbance (interference) undesi

40、rable effect on the image processing system complicating a correct evaluation 2.1.16 scene section of a three-dimensional environment, com-posed of object(s) (2.1.10) and background (2.2.7), which is relevant for solving an image processing task Note: For the imaging by an imaging system all optical

41、 prop-erties of the scene interacting with illumination (2.1.2) and observation might be important. scene, object image sensor optics digitisation light (illumination field) light (observation field) imageanalogue electric signal control commands computer, software image dataprocess interface inform

42、ation, signals human-machine interfaceinterferencesB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 6 VDI/VDE 2632 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 2.2 Objekt/Szene 2.2.1 Absorption Vorgang, bei dem auf eine Oberflche einfa

43、llendesLicht nicht mehr reflektiert oder transmittiert wird 2.2.2 Bewegungszustand Art der Bewegung eines Objekts (2.1.10) (transla-torisch, rotatorisch) in einer Szene (2.1.16) wh-rend der Bildaufnahme Anmerkung: Beispiele fr Bewegungszustnde sind: stillstehend kontinuierlich/nicht kontinuierlich v

44、ibrierend periodisch eben/rumlich 2.2.3 Dimensionalitt geometrische Freiheitsgrade der Szene (2.1.16), des Objekts (2.1.10) oder der aufgabenrelevanten Gren Anmerkung: Folgende Dimensionalitten werden hierbeiunterschieden: 1-D: z. B. Lnge oder Winkel 2-D: z. B. Position eines Objekts in einer Ebene

45、2-D: z. B. Position in der Ebene mit zugeordnetem Tiefenwert 3-D: z. B. komplette rumliche Erfassung eines Objekts 2.2.4 direkte Reflexion Reflexion, bei der das von einer Quelle stammendeLicht, direkt ber die Szene (2.1.16) auf den Bild-sensor (2.1.7) reflektiert wird 2.2.5 Drehlage des Objekts rot

46、atorische Anordnung des Objekts (2.1.10) rela-tiv zu einem definierten Bezug 2.2.6 Formstabilitt Stabilitt eines Krpers whrend der Bildaufnah-me, die wie folgt unterschieden werden kann: starre Krper: Objekt (2.1.10) kann im Rahmender Aufgabe als starr angesehen werden. flexible Krper: Objekt muss i

47、m Rahmen derAufgabe als flexibel angesehen werden. 2.2.7 Hintergrund Teil der Szene (2.1.16), der nicht zu einem Objekt(2.1.10) gehrt und nicht zu untersuchen oder zuerkennen ist 2.2.8 Lagestabilitt Eigenschaft die beschreibt, wie ein Objekt (2.1.10) bei einer Verlagerung liegen bleiben kann: 2.2 Ob

48、ject/scene 2.2.1 absorption process implicating that the light incident on a surface is no longer reflected or transmitted 2.2.2 state of motion type of motion of an object (2.1.10) (translational, rotational) in a scene (2.1.16) during the image recording Note: Examples of motion states are: stagna

49、nt continuous/discontinuous vibrating periodic plane/spatial 2.2.3 dimensionality geometric degrees of freedom of the scene (2.1.16), the object (2.1.10) or of the task-relevant parameters Note: The following dimensionalities are to be distinguished: 1D: e.g. length or angle 2D: e.g. position of an object in a plane 2D: e.g. position in the plane with the corresponding depth value 3D: e.g. complete spatial recording of an