自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)

什么是自動(dòng)對(duì)焦？ 自動(dòng)對(duì)焦指的是能夠根據(jù)被測物與視覺系統(tǒng)之間的距離，來自動(dòng)調(diào)整鏡頭焦距以保持影像清晰。是利用物體光反射的原理，相機(jī)上的傳感器接收反射的光，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，帶動(dòng)電動(dòng)對(duì)焦裝置進(jìn)行對(duì)焦。自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)通常分為兩類：主動(dòng)式和被動(dòng)式。 主動(dòng)式 指的是相機(jī)上的紅外線發(fā)生器、超聲波發(fā)生器發(fā)出紅外光或超聲波到被測物。相機(jī)上的接收器接收反射回來的紅外光或超聲波進(jìn)行對(duì)焦，其光學(xué)原理類似三角測距對(duì)焦法，即測距自動(dòng)對(duì)焦。 被動(dòng)式 即直接接收并分析來自被測物自身的反光，進(jìn)行自動(dòng)對(duì)焦的方式。這種自動(dòng)對(duì)焦方式的優(yōu)點(diǎn)是自身不需要一個(gè)發(fā)射系統(tǒng)，因而耗能少，對(duì)具有一定亮度的被測物有較為理想的自動(dòng)對(duì)焦。通常為聚焦檢測自動(dòng)對(duì)焦。一般來說，工業(yè)上進(jìn)行使用多數(shù)為被動(dòng)式自動(dòng)對(duì)焦。 如何進(jìn)行自動(dòng)對(duì)焦？ 配備有自動(dòng)對(duì)焦功能的相機(jī)，通常使用軟件搭配液態(tài)鏡頭來調(diào)整焦距，從而達(dá)到聚焦清晰的效果。 只有在需要對(duì)焦的區(qū)域中需要達(dá)到最佳聚焦點(diǎn)時(shí)才會(huì)有作用，然后會(huì)停止自動(dòng)對(duì)焦的動(dòng)作。這就是通過接收來自被測物自身反射的信息，進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)分析，從而達(dá)到控制液態(tài)鏡頭，改變焦距的效果。 如何判斷最佳聚焦點(diǎn)？ 有不同的方法來測量圖像的清晰度，依據(jù)兩個(gè)基本原理。第一個(gè)原理是圖像的邊緣清晰度。也就是在實(shí)際獲取的圖像中，搜索相鄰像素之間的大的灰度值的跳躍，來突出顯示邊緣或者輪廓。這些邊緣輪廓的對(duì)比度則用來決定圖像的銳利度。邊緣圖像越清晰，原始圖像的清晰度越高。（具體可以參考圖像在時(shí)域和頻域的轉(zhuǎn)換中的高頻部分）。 第二個(gè)原理是基于圖像直方圖的值的分析?？梢杂脕碛?jì)算圖像的平均灰度值的像素值的變化量。方差越大，現(xiàn)有的灰度值邊緣和圖像的對(duì)比度就越高。如果圖像變得不聚焦，那么之前的灰度值跳躍大的邊緣就會(huì)呈現(xiàn)斜坡形式的梯度，導(dǎo)致圖像的對(duì)比度降低。也就是說，圖像越清晰，灰度擴(kuò)散越高，圖像中的對(duì)比度也就越高，圖像也越清晰。 在使用自動(dòng)對(duì)焦，焦距在改變過程中，圖像的銳利度和方差是會(huì)實(shí)時(shí)改變的，通過軟件進(jìn)行圖像銳利度以及方差的分析處理，達(dá)到一個(gè)效果顯著的清晰圖像。 自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)的優(yōu)勢在哪？ 自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)使用液態(tài)鏡頭來實(shí)現(xiàn)，與傳統(tǒng)透鏡有所不同，液體鏡頭是一種使用一種或多種液體制成的無機(jī)械連接的光學(xué)元件，可以通過外部控制改變光學(xué)元件的內(nèi)部參數(shù)，有著傳統(tǒng)光學(xué)透鏡無法比擬的性能。簡單來說就是透鏡的介質(zhì)由玻璃變?yōu)橐后w。更準(zhǔn)確地來說就是一種動(dòng)態(tài)調(diào)整透鏡折射率或通過改變其表面形狀來改變焦距的新型光學(xué)元件。 就像利用玻璃制成的傳統(tǒng)光學(xué)鏡頭一樣，液體鏡頭也屬于單體光學(xué)元件，但其材質(zhì)是可以改變形狀的光學(xué)液態(tài)材料。玻璃鏡頭焦距取決于其材質(zhì)和曲率半徑。液態(tài)鏡頭也遵從相同的基本原理，但其獨(dú)特之處在于可以改變曲率半徑，從而改變焦距。這種半徑變化采用電控方式，能夠?qū)崿F(xiàn)毫秒級(jí)的變化。生產(chǎn)廠家利用從電潤濕到形變聚合物再到聲光調(diào)節(jié)等各種技術(shù)，控制液態(tài)鏡頭曲率半徑和折射率。 大多數(shù)成像鏡頭都是多元件鏡頭，單光學(xué)鏡頭的成像性能難以滿足需要。因此只使用液態(tài)鏡頭是不明智的。但在多元件設(shè)計(jì)中結(jié)合使用液態(tài)鏡頭和成像鏡頭，就可以發(fā)揮液態(tài)鏡頭的速度和靈活性優(yōu)勢。液態(tài)鏡頭能夠以毫秒級(jí)的反應(yīng)時(shí)間在近距離或光學(xué)無窮遠(yuǎn)對(duì)焦，這對(duì)于條碼讀取、包裝分類、安保和快速自動(dòng)化等需要在多個(gè)位置進(jìn)行對(duì)焦的應(yīng)用來說是一種理想選擇，這些被檢測物體要么尺寸不同，要么與鏡頭之間的距離不同。在需要快速對(duì)焦的各種應(yīng)用中，可以利用液態(tài)鏡頭提高成像系統(tǒng)靈活性。 【來源：光虎視覺內(nèi)部培訓(xùn)資料】

CXP2.0與5、10、25GigE

CoaXPress2.0 CoaXPress是專業(yè)和工業(yè)成像應(yīng)用（例如機(jī)器視覺、醫(yī)學(xué)成像、生命科學(xué)、廣播和國防）的全球最快標(biāo)準(zhǔn)。它是一種不對(duì)稱的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信標(biāo)準(zhǔn)，可通過單根或多根同軸電纜傳輸視頻和靜止圖像，CXP 1.1相機(jī)已經(jīng)面世了十年，它具有用于視頻、圖像和數(shù)據(jù)的每條電纜高達(dá)6.25 Gbps的高速下行鏈路特點(diǎn)，其使用的標(biāo)準(zhǔn)連接器為75?BNC和DIN1.0/2.3；目前CXP1.1引入的單個(gè)通道最大傳輸速度為6.25Gbps，對(duì)于CXP-10，CXP 2.0將其提高到10 Gbps，對(duì)于CXP-12，CXP2.0將其提高到12.5 Gbps。 作為CXP協(xié)議的制定商之一的Active Silicon，CXP-12采集卡上行速度提高一倍，達(dá)到42Mbps，因此現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)超過500kHz的觸發(fā)速率。實(shí)時(shí)觸發(fā)是CoaXPress眾所周知的優(yōu)勢，并且是許多工業(yè)檢測系統(tǒng)中的關(guān)鍵功能，值得注意的是，CXP-12采集卡首選的連接器是Micro-BNC，也稱為HD-BNC，使用更小的連接器能合并到更緊湊的硬件中；CXP2.0協(xié)議引入了多目標(biāo)功能，因此可以將數(shù)據(jù)從單個(gè)攝像機(jī)輸出到位于不同PC上的多個(gè)圖像采集卡。 該標(biāo)準(zhǔn)的未來版本有望包括對(duì)GenDC的正式支持，與預(yù)期的光接口的兼容性以及對(duì)串行通信的支持。速度可能會(huì)隨著技術(shù)的發(fā)展而提升。 5GigE IEEE 802.3bz-2016的發(fā)布旨在為雙絞線以太網(wǎng)連接提供增強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)，速度為2.5和5 Gbps。獲得了當(dāng)前1 Gb和10 Gb以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)之間的中間速度。產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)稱為2.5GBase-T和5GBase-T，或2.5和5 GigE Vision。可通過標(biāo)準(zhǔn)的at5eC電纜以高達(dá)5 Gbps的速度傳輸，提供更大的靈活性。使用普通的銅雙絞線，該技術(shù)可以將數(shù)據(jù)傳輸容量提高到100米，而銅雙絞線往往是傳統(tǒng)系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)配置。 2.5G超過100米Cat5e(D類)非屏蔽雙絞線銅纜 5Gb/s超過100米Cat5e(D類)非屏蔽雙絞線銅纜 5Gb/s超過100米Cat6(E類)非屏蔽雙絞線銅電纜 10GigE 10GigE(萬兆以太網(wǎng))，一種以太網(wǎng)的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，最初在2002年通過，成為 IEEE Std 802.3ae-2002。它規(guī)范了以 10 Gbit/s 的速率來傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)，因?yàn)樗俾适?GigE以太網(wǎng)的十倍，因此得名。 10GBase-T連接中使用的標(biāo)準(zhǔn)銅纜（Cat6，Cat6a和Cat7）支持的最大長度為100 m，這取決于所用電纜的類型。但是，Cat6電纜最多只能使用55 m的長度，Cat6a或Cat7電纜的距離更長；光纖電纜可提供更長距離的傳輸，但需要轉(zhuǎn)換器來生成光信號(hào)和NIC卡中的光接收器，支持以太網(wǎng)供電（PoE）和同一根電纜。 25GigE 千兆以太網(wǎng)視覺發(fā)布于2006年，傳輸距離高達(dá)100m。當(dāng)攝像頭為低分辨率甚至現(xiàn)在使用中分辨率攝像頭（例如12Mpx）和低幀速率要求時(shí)，這種方法就可以工作?，F(xiàn)在，為了獲得更高的分辨率并支持更高的幀速率（即更高的帶寬），業(yè)界開始采用5、10和25 GigE視覺，這比原始GigE Vision接口快5、10和25倍。直到長度為25GigE的點(diǎn)式光纜接管為止，電纜的長度都會(huì)有所妥協(xié)。某些PC支持新的速度，但是實(shí)際上任何現(xiàn)代PC都可以添加相對(duì)便宜的網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC），能實(shí)現(xiàn)更高的速度。 25GigE SFP28接口提供了三個(gè)選項(xiàng)，可以滿足所有應(yīng)用的電纜長度要求。第一種選擇是使用SFP28多模光纖模塊/收發(fā)器和LC-LC多模光纖電纜，電纜長度從1M到70M。第二種選擇使用SFP28單模光纖模塊/收發(fā)器和LC-LC單模光纖電纜，電纜長度范圍從1M到10KM。第三種選擇是使用低成本直接連接來連接1至5米之間的電纜。相比于CXP連接器，25 GigE的連接器碩大無比。 【來源：光虎視覺內(nèi)部培訓(xùn)資料】

相機(jī)標(biāo)定的理解及原理（二）

世界平面測量與校正 與觀察和檢查平面（平坦）表面或放置在此類表面（例如傳送帶）上的物體有關(guān)的視覺系統(tǒng)可以利用Adaptive Vision Studio的圖像到世界平面轉(zhuǎn)換機(jī)制，該機(jī)制可以： 從原始圖像上的位置計(jì)算現(xiàn)實(shí)世界的坐標(biāo)。例如，這對(duì)于與外部設(shè)備（例如工業(yè)機(jī)器人）的互操作性至關(guān)重要。假設(shè)在圖像上檢測到對(duì)象，并且需要將其位置傳輸?shù)綑C(jī)器人。檢測到的對(duì)象位置以圖像坐標(biāo)給出，但是機(jī)器人在現(xiàn)實(shí)世界中使用不同的坐標(biāo)系進(jìn)行操作，需要一個(gè)由世界平面定義的通用坐標(biāo)系。 將圖像校正到世界平面上。當(dāng)使用原始圖像進(jìn)行圖像分析不可行時(shí)（由于高度的鏡頭和/或透視失真），這是必需的。對(duì)校正圖像執(zhí)行的分析結(jié)果也可以轉(zhuǎn)換為由世界平面坐標(biāo)系定義的真實(shí)坐標(biāo)。另一個(gè)用例是將所有攝像機(jī)的圖像校正到公共世界平面上的多攝像機(jī)系統(tǒng)校正，從而在這些校正后的圖像之間提供簡單且定義明確的關(guān)系，從而可以輕松疊加或拼接。 下圖顯示了圖像坐標(biāo)系。圖像坐標(biāo)以像素表示，原點(diǎn)（0,0）對(duì)應(yīng)于圖像的左上角。X軸從圖像的左邊緣開始，并向右邊緣。Y軸從圖像的頂部開始向圖像的底部開始。所有圖像像素都具有非負(fù)坐標(biāo)。 圖像坐標(biāo)中的方向和像素位置 這個(gè)世界平面是一個(gè)特殊的平面，在真實(shí)的三維世界中定義。它可以任意放置在相機(jī)上，有一個(gè)定義的原點(diǎn)和XY軸。 下面的圖像顯示了世界平面。第一幅圖像呈現(xiàn)原始圖像，這是由一個(gè)尚未安裝在感興趣物體上方的相機(jī)拍攝的。第二個(gè)圖像顯示的是世界平面，它已與物體所在的表面對(duì)齊。這允許從原始圖像上的像素位置計(jì)算世界坐標(biāo)，或者進(jìn)行圖像校正，如下一幅圖像所示。 不完全定位的相機(jī)捕獲的感興趣對(duì)象 世界平面坐標(biāo)系疊加在原始圖像上 圖像到世界平面坐標(biāo)的計(jì)算 圖像校正，在世界坐標(biāo)下，將從點(diǎn)(0，0)到(5，5)的區(qū)域裁剪 如何實(shí)現(xiàn)相機(jī)標(biāo)定？ 使用針孔相機(jī)模型 濾波器通過有效地最小化RMS重投影誤差（圖像上觀察到的網(wǎng)格點(diǎn)之間的平均平方距離的平方根），從一組平面校準(zhǔn)網(wǎng)格中估計(jì)攝像機(jī)的固有參數(shù)-焦距，主點(diǎn)位置和畸變系數(shù)，使用估計(jì)的參數(shù)（即網(wǎng)格姿態(tài)和相機(jī)參數(shù)）將關(guān)聯(lián)的網(wǎng)格坐標(biāo)投影到圖像平面上。如果至少一個(gè)校準(zhǔn)網(wǎng)格不垂直于相機(jī)的光軸，則可以通過濾鏡計(jì)算焦距?；蛘?，可以通過inFocalLength將焦距設(shè)置為固定值。inFocalLength以像素為單位測量，可以通過傳感器和鏡頭參數(shù)計(jì)算得出： 其中f_pix焦距測量為像素，f_鏡頭焦距測量為毫米，pp-傳感器像素間距測量為每像素毫米，d-攝像機(jī)結(jié)合或/和圖像縮小因子。 InFocalLength也可以從視角獲得，對(duì)于水平情況，適用以下公式： 其中f_pix焦距以像素為單位，w-圖像寬度，α-水平視角 支持一些失真模型類型。最簡單的部門支持大多數(shù)用例，即使校準(zhǔn)數(shù)據(jù)稀疏也具有可預(yù)測的行為。高階模型可能更準(zhǔn)確，但是它們需要更大的高質(zhì)量校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)集，通常需要在低于0.1 pix的整個(gè)圖像量級(jí)上實(shí)現(xiàn)高水平的位置精度。當(dāng)然，這只是經(jīng)驗(yàn)法則，因?yàn)槊總€(gè)鏡頭都不同，并且有例外。 失真模型類型與OpenCV兼容，并使用標(biāo)準(zhǔn)化圖像坐標(biāo)用方程表示： 分部失真模型 多項(xiàng)式失真模型 多項(xiàng)式--薄棱鏡畸變模型其中，x’和y’不失真，x”和y”是失真的歸一化圖像坐標(biāo)。 相機(jī)模型可直接用于獲取未失真的圖像（該圖像將由具有相同基本參數(shù)的相機(jī)拍攝，但不存在鏡頭失真），但是在大多數(shù)情況下，相機(jī)校準(zhǔn)只是某些條件的先決條件其他操作。例如，當(dāng)使用照相機(jī)檢查平面（或放置在該表面上的物體）時(shí)，需要照相機(jī)模型來執(zhí)行世界平面校準(zhǔn) 一組用于基本校準(zhǔn)的柵格圖像 使用OUT ReprojectionErrorSegments用于識(shí)別圖像點(diǎn)及其網(wǎng)格坐標(biāo)的不良關(guān)聯(lián)。 InImageGrids-兩分交換校準(zhǔn)網(wǎng)格的提取 相機(jī)校準(zhǔn)和圖像到世界平面的轉(zhuǎn)換計(jì)算均使用具有網(wǎng)格索引的圖像點(diǎn)陣列形式的提取的校準(zhǔn)網(wǎng)格，即帶注釋的點(diǎn)。 網(wǎng)格的實(shí)際坐標(biāo)是2D，因?yàn)槠矫婢W(wǎng)格上任何點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)都是0。 Adaptive Vision Studio為幾種標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格格式提供了提取過濾器（例如DetectCalibrationGrid_Chessboard和DetectCalibrationGrid Circles）。 獲得高精度結(jié)果的最重要因素是提取的校準(zhǔn)點(diǎn)的精度和準(zhǔn)確性。校準(zhǔn)網(wǎng)格應(yīng)盡可能平坦且堅(jiān)硬（紙板不是合適的支撐材料，厚玻璃是完美的選擇）。拍攝校準(zhǔn)圖像時(shí)，請(qǐng)注意適當(dāng)?shù)臈l件：通過適當(dāng)?shù)南鄼C(jī)和柵格安裝座最大程度地減少運(yùn)動(dòng)模糊，防止來自校準(zhǔn)表面的反射（最好使用漫射照明）。使用自定義校準(zhǔn)網(wǎng)格時(shí)，請(qǐng)確保點(diǎn)提取器可以達(dá)到亞像素精度。驗(yàn)證真實(shí)網(wǎng)格坐標(biāo)的測量結(jié)果是否準(zhǔn)確。另外，使用棋盤格校準(zhǔn)格時(shí)，請(qǐng)確保整個(gè)校準(zhǔn)格在圖像中可見。否則，將不會(huì)檢測到它，因?yàn)闄z測算法需要在棋盤周圍有幾個(gè)像素寬的空白區(qū)域。請(qǐng)注意列數(shù)和行數(shù)，因?yàn)樘峁┱`導(dǎo)性數(shù)據(jù)可能會(huì)使算法無法正常工作或根本無法工作。 使用圓點(diǎn)標(biāo)定板的圖片示例： 使用棋盤標(biāo)定版的圖片示例，只需要拍攝標(biāo)定板的圖片，并通過ImageObjectsToWorldPlane：Points過濾器模塊，輸入棋盤格的尺寸以及棋盤格所對(duì)應(yīng)的像素，即可實(shí)現(xiàn)相機(jī)標(biāo)定以及畸變校正。 再輸入棋盤格每個(gè)方形格的實(shí)際尺寸，即可實(shí)現(xiàn)世界坐標(biāo)轉(zhuǎn)換圖像坐標(biāo)。 【來源：光虎視覺內(nèi)部培訓(xùn)資料】

相機(jī)標(biāo)定的理解及原理（一）

相機(jī)標(biāo)定，是一個(gè)估計(jì)相機(jī)模型參數(shù)的過程：一組描述圖像捕獲過程內(nèi)部幾何形狀的參數(shù)。

光虎光學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)手冊

光虎光學(xué)技術(shù)手冊 2021年第3版

量子點(diǎn)CMOS

與可見光面陣相機(jī)相比，SWIR光子被對(duì)象反射或吸收，從而提供了高分辨率成像所需的強(qiáng)烈對(duì)比度。

熒光技術(shù)

熒光，是指一種光致發(fā)光的冷發(fā)光現(xiàn)象。

紫外成像與高壓放電檢測

紫外線產(chǎn)生的本質(zhì)是電暈放電，它是一種局部化的放電現(xiàn)象， 在極不均勻的電場環(huán)境下，當(dāng)電壓還未能引起擊穿前，電離現(xiàn)象已經(jīng)非常強(qiáng)烈，大量空間的電荷積聚一起，使得間隙中的電場發(fā)生畸變。

10GigE和25GigE相機(jī)在體育運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用及優(yōu)勢

Emergent在運(yùn)用包括PTP和硬件觸發(fā)在內(nèi)的各種方法來同步相機(jī)方面擁有極其豐富的經(jīng)驗(yàn)，可以輕而易舉地實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)精度。

什么是LUT？

LUT是Look Up Table（顏色查找表）的縮寫。