機器視覺中的精度

無論使用何種儀器來測量參數(shù)，都有兩個關(guān)鍵因素：準確性和可重復(fù)性。一個基本的經(jīng)驗法則是，測量儀器應(yīng)該至少比它要測量的過程規(guī)范好十倍。換句話說，它的可重復(fù)性和準確性至少應(yīng)該是過程的十倍。 所有的測量儀器都有一個刻度，由沿刻度的許多“刻度”或標記組成。在使用機器視覺的情況下，“刻度”之間的距離是像素（子像素）的大小或像素（子像素）之間的距離。在機器視覺中，“刻度”對應(yīng)于分辨率，但不一定對應(yīng)于機器視覺系統(tǒng)的靈敏度——系統(tǒng)能夠檢測到的測量值的最小變化。在機器視覺中，這對應(yīng)于像素（子像素）增量或像素（子像素）分辨率。 在使用機器視覺測量零件時，通常面臨著一個問題：零件特征的邊緣通常不會精確落在一個像素或兩個像素之間。邊緣的影響通常會在幾個相鄰像素上體現(xiàn)。人們無法區(qū)分落在同一像素上的兩條邊。通常，編碼的灰度值表示像素的強度平均值。 邊緣可通過四個屬性來表征 1、對比度 - 以邊緣為特征的線的累積強度變化 2、寬度（模糊度） - 發(fā)生大部分強度變化的剖面上的間隔大小 3、陡度 - 此區(qū)間內(nèi)的表面坡度 4、方向 - 垂直于邊緣像素的向量角度 由于對象的邊緣通常覆蓋具有特定灰度輪廓的幾個連續(xù)像素（將灰度值視為空間數(shù)據(jù)點的第三維屬性），因此可以使用任意數(shù)量的數(shù)學或統(tǒng)計方案來基本上推斷邊緣點的位置，或?qū)⑦吘壍奈恢媒⒃谟行ο缶嚯x的某個增量內(nèi)的通過對象空間中的像素。例如，將灰度輪廓視為曲線，可以計算曲線的二階導(dǎo)數(shù)——預(yù)期發(fā)生變化的特定點——并將其定義為邊緣像素。 不同的機器視覺算法利用邊緣的各種屬性來計算像素（子像素）內(nèi)邊緣的位置。值得注意的是，不同的算法在子像素增量的大小方面確實會產(chǎn)生不同的結(jié)果。 精度的準確性和可重復(fù)性 精度由校準程序決定。在機器視覺中，與大多數(shù)數(shù)字系統(tǒng)一樣，“校準”旋鈕可以一次更改一個“刻度”（一個像素或亞像素距離）。每個“刻度”代表系統(tǒng)輸出中的離散值變化，離散值是物理尺寸增量。 例如，公稱尺寸為 0.1，公差為 0.005。（總?cè)莶罘秶鸀?.01）。因此，校準旋鈕的每個“刻度”（像素或子像素距離）應(yīng)具有0.1的0.01或0.001的值。因此，每個步長的一半為 0.0005。換句話說，機器視覺系統(tǒng)的精度應(yīng)等于或優(yōu)于0.0005。 由于重復(fù)性的經(jīng)驗法則與精度相同，因此系統(tǒng)對重復(fù)性的要求是相同的，即重復(fù)性應(yīng)等于“刻度”的尺寸。 雖然精度在給定的應(yīng)用中可能不是那么重要，因為它可以通過校準得出，但可重復(fù)性更為重要，因為它不能通過校準或其他方式進行校正。據(jù)觀察，上述分析被許多人認為是保守的。因此，有些人建議將重復(fù)性從10/1放寬到5/1。 在某些情況下，使用的經(jīng)驗法則是精度和可重復(fù)性的總和應(yīng)小于公差帶的三分之一。實際上，無論遵守什么“規(guī)則”，測量儀器的準確度或重復(fù)性不應(yīng)等于被測量尺寸的公差，事實上，必須小得多！ 光虎光學觀點 光虎光學認為，具有亞像素能力的機器視覺通?？捎糜跐M足此類“規(guī)則”的許多計量應(yīng)用。在某些情況下，無論系統(tǒng)分辨率或理論像素大小（視場除以水平/垂直方向的像素數(shù)）如何，性能都接近工業(yè)環(huán)境中機器視覺的實際極限。 在要測量的零件尺寸為0.1的上述示例應(yīng)用中，鑒于相機/機器視覺系統(tǒng)的全視場應(yīng)用于該尺寸，理論子像素分辨率可能為0.1/1500（基于一個基于 500 x 500 區(qū)域相機的機器視覺系統(tǒng)和1/3像素分辨率的子像素能力）。光虎光學專業(yè)生產(chǎn)由德國設(shè)計的工業(yè)鏡頭。以高精度雙遠心鏡頭為核心，涵蓋高性能FA定焦鏡頭、變倍鏡頭等產(chǎn)品?？蓪崿F(xiàn)為客戶定制化研發(fā)生產(chǎn)。光虎光學還代理歐美日機器視覺全系列產(chǎn)品。如面陣與線掃工業(yè)相機、智能相機、3D相機、紅外與紫外相機、光源、圖像采集卡、機器視覺軟件及其他周邊產(chǎn)品。http://gggddd.com.cn/

焊接領(lǐng)域中的機器視覺

什么是焊接？焊接，也稱作熔接、镕接，是一種以加熱、高溫或者高壓的方式接合金屬的工藝技術(shù)?，F(xiàn)代焊接的能量來源有很多種，包括氣體焰、電弧、激光、電子束、摩擦和超聲波等。通常來說焊接有三種：熔焊——加熱欲接合之工件使之局部熔化形成熔池，熔池冷卻凝固后便接合，必要時可加入熔填物輔助，它是適合各種金屬和合金的焊接加工，不需壓力。壓焊——焊接過程必須對焊件施加壓力，屬于各種金屬材料和部分金屬材料的加工。釬焊——采用比母材熔點低的金屬材料做釬料，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙，并與母材互相擴散實現(xiàn)鏈接焊件。適合于各種材料的焊接加工，也適合于不同金屬或異類材料的焊接加工。為什么要在焊接領(lǐng)域中使用機器視覺？焊接的特點是工藝因素復(fù)雜、勞動強度大、生產(chǎn)周期長、勞動環(huán)境差，其品質(zhì)依賴操作者的技能、技術(shù)和經(jīng)驗，也和操作者情緒及身體狀況相關(guān)，因此，焊接自動化技術(shù)對于提高接頭品質(zhì)，保證穩(wěn)定性具有很重要的意義。焊接機器人技術(shù)實現(xiàn)了焊接自動化、柔性化，但焊接機器人無法自主獲取工件定位信息、焊縫空間位置信息、焊縫熔透信息等，也不能自主適應(yīng)工件與接頭組對，焊接熱變形等引起的軌跡、坡口尺寸變化，不能進行在線調(diào)整，即不具有智能?，F(xiàn)實生產(chǎn)中軌跡和接頭坡口幾何尺寸的變化較為常見，無智能的再現(xiàn)式焊接會出現(xiàn)焊偏、焊穿、未焊透等較為嚴重的成型缺陷，所以急需基于視覺的智能化焊接技術(shù)，光虎視覺提供了豐富的案例和解決方案，為智能化焊接技術(shù)提供了極大的幫助。在焊接應(yīng)用中，通常金屬件和部件通過熔化連接區(qū)域中的材料而連接在一起。在某些應(yīng)用中，尤其是厚材料時，填充材料被添加到接頭中。熱量通常由電（如感應(yīng)焊接、點焊和電弧焊接）或電磁輻射（如激光和電子束焊接）引起。由于高能量對小面積的影響，該過程會發(fā)出大量的熱光。因此，焊接工藝的核心是極其明亮的，因此也是基于相機的焊接成像系統(tǒng)的一大挑戰(zhàn)。機器視覺技術(shù)在焊接領(lǐng)域的使用在焊接中通常使用帶有激光照明的相機，可以實現(xiàn)清晰化可視化的焊接過程。這主要是由于激光照明的高光譜亮度與熱光的高效濾波相結(jié)合，可以應(yīng)用于所有電弧和激光焊接工業(yè)。通過這些技術(shù)，光虎視覺可以實現(xiàn)從用于研究目的的高速焊接成像，到工業(yè)生產(chǎn)線焊接工藝的質(zhì)量保證。適用于所有主要的電弧焊接工藝，如GMAW（MIG、MAG）和TIG，以及所有主要的光束焊接工藝，如CO2激光器、光纖激光器、二極管激光器、Nd：YAG激光和電子束應(yīng)用。在焊接領(lǐng)域使用機器視覺的優(yōu)勢>> 焊工和操作員可以根據(jù)圖像實時調(diào)整工藝>> 圖像可用于圖像分析和自動化>> 可以存儲圖像或視頻以進行質(zhì)量記錄>> 快速錯誤檢測可減少報廢>> 系統(tǒng)可在安全距離內(nèi)操作>> 改善了焊工的人機工程學>> 降低吸入不健康焊接煙霧的風險>> 縮短焊接過程的設(shè)置時間焊接領(lǐng)域使用機器視覺的方向>> GMAW 焊接（MIG、MAG）>> TIG 焊接>> 混合焊接（激光和電弧焊接）>> 激光焊接（例如二氧化碳、Nd：YAG、光纖和光盤激光器）>> 電子束>> 機器人焊接>> 半自動焊接>> 線性焊接>> 軌道焊接【來源：光虎視覺內(nèi)部培訓資料】

景深

景深景深是光學攝影中一個很重要的參數(shù)，它是指光學系統(tǒng)獲取清晰成像時，被測物體所能移動的距離范圍。當一個光學系統(tǒng)的景深較小時，就會出現(xiàn)背景虛化的現(xiàn)象。光圈、焦距、工作距離都是影響景深的重要因素。在對光學系統(tǒng)的景深進行計算時，需要先了解容許彌散圓的概念。彌散圓是指在焦點前后，光線開始聚集和擴散，點的影像變成模糊時所形成的一個擴大的圓。如果彌散圓的直徑足夠小，成像會足夠清晰；如果彌散圓再大些，成像就會顯得模糊。中間的臨界點，這個可以被接受的最大的直徑被稱為容許彌散圓直徑。在拍攝過程中，通過彌散圓判斷圖像是否銳利進而判斷景深的深淺。下圖為兩款不同雙遠心鏡頭利用景深板拍攝的測量景深的圖片。其中圖二為型號光虎視覺TTL11.5-25-45C雙遠心鏡頭在平行光照射下拍攝的圖片。圖一圖二實際應(yīng)用中，景深可分為前景深和后景深，計算公式如下：景深（dof）=圖三根據(jù)景深公式我們可以看出，景深與有效F數(shù)、焦距、工作距離都有關(guān)系。圖四是利用光線追跡的方法解釋景深與F數(shù)的關(guān)系。增大F數(shù)之后，相同工作距離下，光線入射角變小，在容許彌散圓大小不變的情況下，使得景深變大。即有效F數(shù)與景深正相關(guān)。圖五給出了在焦距、拍攝距離固定的情況下，不同F(xiàn)數(shù)下的拍攝效果圖。當F數(shù)較小時，景深較小，從圖片中可以明顯的看出背景已經(jīng)虛化。隨著F數(shù)的增加，背景虛化現(xiàn)象明顯變小，甚至消失。圖四圖五圖六給出了有效F數(shù)與景深之間的關(guān)系圖。有效F數(shù)越小，光圈越大，景深越?。挥行數(shù)越大，光圈越小，景深越大。圖六此外，通過景深公式，我們還可以推算出：若鏡頭焦距可變，光圈和工作距離確定時，焦距越大，景深越??；焦距越小，景深越大。當鏡頭焦距、F數(shù)確定時，工作距離越大，景深越大；工作距離越小，景深也會隨之減小,容易出現(xiàn)背景虛化現(xiàn)象。而雙遠心鏡頭與FA鏡頭略有不同。在雙遠心鏡頭的使用過程中，使用者可以微調(diào)鏡頭與相機傳感器之間的距離，即法蘭距，從而獲得想要的景深效果。當然景深的極限還是由雙遠心鏡頭本身的設(shè)計決定，這些調(diào)整只能在設(shè)計的景深極限范圍內(nèi)進行微調(diào)。需注意的一點是，景深是一個相對的概念，在景深之內(nèi)和景深之外，并不存在絕對的清晰或者模糊的界限。景深的測量也具有一定的主觀性，需要使用者根據(jù)自己的具體需求進行調(diào)整?！緛碓矗汗饣⒁曈X內(nèi)部培訓資料】

曝光時間對成像質(zhì)量的影響

曝光時間對成像質(zhì)量的影響在任何工業(yè)相機應(yīng)用中，相機的曝光時間是設(shè)置的關(guān)鍵。在任意的情況下，由于我們拍攝物體的移動，生成的圖像可能會模糊。為了最大程度的優(yōu)化圖像質(zhì)量，可以計算最小曝光時間來消除模糊并最大化拍攝亮度。在這篇文章中，將幫助了解曝光時間對圖像質(zhì)量的影響并避免它。什么是曝光時間曝光時間或快門速度是讓光線落在圖像傳感器上的時間。曝光時間越長，就越能“曝光”傳感器為像素充電以使其更亮。快門速度通常以幾分之一秒的形式給出，例如攝影相機中的 1/60、1/125、1/1000秒。在工業(yè)相機中，曝光時間通常以毫秒為單位，只是快門速度的倒數(shù)。（即1/60秒=0.0166秒或16毫秒）。圖像模糊模糊是當物體相對于傳感器移動并在曝光時間內(nèi)移動跨越2個或更多像素時所得到的。當拍攝移動速度超過在曝光時間內(nèi)可以完全靜止運動的物體時，就會看到這一現(xiàn)象。在左邊的圖像中，可以清晰的拍到運動員，但是球移動得非?？?，導(dǎo)致看起來很模糊。本例中的曝光時間為 1/500 秒（2 毫秒），但在此曝光期間球移動了許多像素?？扉T速度越快，物體相對于它開始的位置移動的可能性就越小。在機器視覺中，相機絕大多數(shù)情況下是固定的，所以它們不會移動，但擔心的是物體在曝光時間內(nèi)移動所產(chǎn)生的影響。根據(jù)應(yīng)用場景的不同，圖像處理可能對模糊敏感，也可能不敏感。例如，假設(shè)相機橫向上的分辨率為2448像素，而傳感器上的呈現(xiàn)出來的物體為1000像素。在曝光期間，被拍攝的物體移動1個像素，則在傳感器上呈現(xiàn)出來的圖像就整體偏移了1個像素，這就是“像素模糊”?？扉T速度越快，物體相對于它開始的位置移動的可能性就越小。在機器視覺中，相機絕大多數(shù)情況下是固定的，所以它們不會移動，但擔心的是物體在曝光時間內(nèi)移動所產(chǎn)生的影響。根據(jù)應(yīng)用場景的不同，圖像處理可能對模糊敏感，也可能不敏感。例如，假設(shè)相機橫向上的分辨率為2448像素，而傳感器上的呈現(xiàn)出來的物體為1000像素。在曝光期間，被拍攝的物體移動1個像素，則在傳感器上呈現(xiàn)出來的圖像就整體偏移了1個像素，這就是“像素模糊”。如何計算最合適的曝光時間在大多數(shù)情況下，都需要沒有像素模糊的清晰圖像。要計算合適的曝光時間，需要注意以下幾點：l 以像素為單位的相機分辨率（沿行進方向）l 視野（FOV）l 物體的速度l 曝光時間然后，就可以使用以下公式計算對象在曝光期間將移動多少像素：B = Vp * Te * Np / FOVB = 以像素為單位的模糊Vp = 物體的速度FOV = 運動方向的視野Te = 曝光時間（以秒為單位）Np = 跨越視野的像素數(shù)光虎視覺認為，在大多數(shù)情況下，產(chǎn)生超過1個像素的拖影時，模糊就會成為一個問題。在精密測量中，即使是1個像素的模糊也可能太多，需要使用更快的曝光時間?！緛碓矗汗饣⒁曈X內(nèi)部培訓資料】

平場校正技術(shù)

平場校正技術(shù)什么是平場校正？平場校正是一種用于提高數(shù)字成像質(zhì)量的技術(shù)，它消除了由傳感器的像素對像素靈敏度變化和光路失真而導(dǎo)致的圖像偽像效果，通常用于像素與像素敏感度以及暗電流變化相關(guān)的校正。圖為Alkeria Necta 線掃相機所演示的平場校正什么時候會用到平場校正？由于自然制造公差，每個傳感器的亮度輸出都有一定程度的不均勻性，每個像素對相同數(shù)量的光的反應(yīng)可能不同。使用面陣相機時，圖像中亮度的差異不會產(chǎn)生太大的影響，因為整個圖像中出現(xiàn)的差異很小。整體圖像幾乎不受影響，通常對于大多數(shù)應(yīng)用程序來說已經(jīng)足夠了。但是，當使用線掃相機時，線掃相機的傳感器高度只有幾個像素，這意味著任何像素產(chǎn)生的錯誤將在同一位置的每次刷新中重復(fù)。例如，產(chǎn)生的圖像錯誤可能會以垂直條紋的形式發(fā)生，會對記錄的圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生重大影響。如何平場校正？圖像的誤差可以通過兩個步驟來進行校正：暗信號非均勻性（DSNU）校正和光響應(yīng)非均勻性（PRNU）校正。要校準 DSNU，必須在黑暗中記錄參考圖像，而對于 PRNU，必須用均勻的照明記錄參考圖像。因此，平場校正中的這兩個單獨的步驟分別稱為暗場校正和亮場校正。平場校正的第一步：低暗噪聲校正，用于盡可能降低暗信號非均勻性（也稱為偏移噪聲或固定模式噪聲）。因此，暗場和亮場校正都是校正 DSNU 和 PRNU 的平場校正的一部分。暗場校正是最容易校準的。它只需要在圖像傳感器上不帶照明的情況下記錄參考圖像。為此，需要遮蓋住鏡頭。然后，使用偏移量對所有像素值進行標準化，就可以補償傳感器芯片的不均勻性。在第二步，即光響應(yīng)非均勻性（PRNU）校正（也稱為低頻平場校正），由于它糾正的低頻變化，通常由光路失真引起，而不是由于像素到像素在照片響應(yīng)中的變化，因此校準低頻校正的實際光強就不那么重要了，（通常來說保持在12.5%到90%之間的適當值即可）。使用模擬增益用于在均勻的照明條件下獲取所有像素的一定目標值。由此來消除邊緣的強度下降，圖像顯示整個寬度下的均勻亮度。平場校正優(yōu)點及應(yīng)用行業(yè)在平場校正后，線掃圖像沒有條紋和陰影，這就使得圖像分析更容易、更方便、更可靠，不需要使用軟件執(zhí)行任何后續(xù)的校正。通常用于對光較為敏感，即非常依靠光來進行下一步判斷的線掃應(yīng)用，如半導(dǎo)體行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、包裝行業(yè)等。

光學基礎(chǔ)概念之F-Number

在鏡頭行業(yè)里，一般不常使用相對孔徑的概念，而是使用相對孔徑的倒數(shù)，稱之為F數(shù)，也叫光圈數(shù)。記作F/-。例如，F(xiàn)/5.6表示F數(shù)等于5.6。即相對孔徑的倒數(shù)為5.6，它表示鏡頭的焦距等于光圈直徑的5.6倍。顯然，像面接收到的光強反比于F數(shù)的平方。即 F數(shù)又稱為鏡頭速度，F(xiàn)數(shù)小的鏡頭速度快。因為拍攝的曝光時間△t 正比于F數(shù)的平方。一、F數(shù)與分辨率的關(guān)系 F數(shù)能表征鏡頭的分辨率，F(xiàn)數(shù)越小，能分辨兩點間的距離越小，即分辨率越高。因為圓孔最小衍射角為： 所以，像面上能夠分辨得開的兩點間的最小距離可以計算得到： 二、F數(shù)與光圈的關(guān)系 F數(shù)和光圈是一個反比關(guān)系。即F值越小，光圈越大。F值越大，光圈越?。籉值越小，光圈越大。例如F1.8比F2.8光圈要大，光圈越大進光亮越多，光圈小相反，光圈大背景越虛化（如圖1），光圈小背景越清(如圖2)。 圖1. 大光圈成像 圖2. 小光圈成像 三、F數(shù)與景深的關(guān)系 通常我們說，光圈越大，景深越淺；光圈越小，景深越深。那么為什么光圈越大，景深越淺；光圈越小，景深越深呢？首先在了解光圈與景深的關(guān)系之前，我們先介紹兩個概念。光線射入透鏡匯聚成一點，在數(shù)學上，這個點我們稱之為焦點。但是在焦點前后形成的光線的聚集和擴散，會產(chǎn)生一個擴大的圓，這個圓就是允許彌散圓，彌散圓仍然足夠清晰呈現(xiàn)物體，通常我們認為這是“合焦”。因此，我們通常用允許彌散圈來作為成像清晰和成像模糊的界限。焦深：兩個允許彌散圈的距離我們稱之為焦深。景深的大小與焦深有著密切的聯(lián)系（如圖3.成像光路圖）。前焦深對應(yīng)著前景深，后焦深對應(yīng)著后景深。所以，要知道光圈與景深的關(guān)系，必須先了解光圈與彌散圈之間的關(guān)系。 彌散圈的取決于光的波長和光圈直徑。 彌散圈直徑= 其中λ是光的波長，f是焦距，N是光圈直徑，一般的f/N即是光圈系數(shù)F值。所以，光圈越大，彌散圈直徑越?。还馊υ叫?，彌散圈直徑越大，即f數(shù)越大，景深越大；f數(shù)越小，景深越小。 如光虎視覺TTL11.5-65遠心系列 TTL11.5-O5-65C鏡頭其有效F數(shù)為9景深為2.88mm，物方分辨率為12.08μm 滿足需要大視野高景深的客戶的需求，如對分辨率有更高的要求就需要選擇小景深大F數(shù)鏡頭如TTL11.5-20-65C此鏡頭的放大倍率為2，其F數(shù)為13，景深為0.26其分辨率可達4.362μm，此系列鏡頭均滿足低畸變，高遠心。

遠心鏡頭如何進行參數(shù)選型

遠心鏡頭如何進行參數(shù)選型 遠心鏡頭有兩種類型的遠心度：物方和像方遠心度（分別指入射光瞳和出射光瞳位置）。所以，遠心鏡頭分為：物方遠心鏡頭，像方遠心鏡頭、雙遠心鏡頭。那么需求和合適的鏡頭相匹配就成為了一個重要的問題，也就是說我們該如何通過我們的需求來匹配到合適的鏡頭。一、影響選型的參數(shù) 那么在我們選擇遠心鏡頭時，首先應(yīng)明白在什么時候需要時選擇遠心鏡頭。根據(jù)遠心鏡頭原理特征及獨特優(yōu)勢 當檢查物體遇到以下6種情況時，最好選用遠心鏡頭： 1）當需要檢測有厚度的物體時（厚度>1/10 FOV直徑）； 2）需要檢測不在同一平面的物體時；       3）當不清楚物體到鏡頭的距離究竟是多少時；        4）當需要檢測帶孔徑、三維的物體時；         5）當需要低畸變、圖像效果亮度幾乎完全一致時；        6）當缺陷只在同一方向平行照明下才能檢測到時。其次選擇遠心鏡頭，要明白遠心鏡頭相關(guān)指標對應(yīng)的使用條件： 1）物方尺寸：拍攝范圍。 2）像方尺寸：使用的CCD的靶面大小?？紤]鏡頭像面和相機芯片的匹配，對于遠心鏡頭來說一般像面越大價格越高，所以我們在選擇時盡量考慮相機芯片規(guī)格和鏡頭像面規(guī)格一致的配合，如果鏡頭的像面直徑大于相機芯片的對角線，那對鏡頭來說會產(chǎn)生成本浪費，和視野損失，如果鏡頭像面直徑小于相機芯片的對角線，那么最后的成像就會有暗角、黑角的問題。 3）工作距離：物方鏡頭前表面距離拍攝物的距離。 4）分辨率：使用的CCD像素大小。 5）景深：鏡頭能成清晰像的范圍。像/物倍率越大景深越小。 6）接口：遠心鏡頭主要圍繞工業(yè)相機做匹配設(shè)計的，鏡頭和相機的接口一般也是常規(guī)的標準接口：C接口、F接口、M42接口、M58接口等。這些接口是鏡頭和相機它連接在一起的物理標準，它不光對應(yīng)了不同規(guī)格尺寸的卡口或螺紋對應(yīng)尺寸，它還對應(yīng)了標準的法蘭距(相機接口端面到芯片之間的距離)，一般1.2英寸極其以下靶面芯片的工業(yè)相機以C接口為主。 7）放大倍率：光學放大倍率=CCD相機元素尺寸/視場實際尺寸 =CCD（V）或（H）尺寸/視場（V）或（H）尺寸根據(jù)使用情況（物體尺寸和需要的分辨率）選擇物方尺寸合適的物方鏡頭和CCD或CMOS相機，同時得到像方尺寸，即可計算出放大倍率，然后根據(jù)產(chǎn)品列表選擇合適的像方鏡頭。選擇過程中還應(yīng)注意景深指標的影響，因為像/物倍率越大景深越小，為了得到合適的景深，可能還需要重新選擇鏡頭。 8）畸變：遠心鏡頭通過嚴格的加工制造和質(zhì)量檢驗，將此誤差嚴格控制在0.1%以下甚至無畸變。二、鏡頭選型的參數(shù)計算 1、分辨率相機的傳感器sensor是有許多像素點按照矩陣的形式排列而成，分辨率就是以水平方向和垂直方向的像素來表示的。分辨率越高，成像后的圖像像素數(shù)就越高，圖像就越清晰。常用的工業(yè)面陣相機分辨率有130萬、200萬、500萬等；對于線陣相機而言，分辨率就是傳感器水平方向上的像素數(shù)，常見有1K、2K、6K等。 在相機分辨率的選型上，要根據(jù)我們的項目需求而定，并不一定是分辨率越高就越好，分辨率高帶來的圖像數(shù)據(jù)量就大，后期的算法處理復(fù)雜度就高，而且一般分辨率大的相機，幀率一般都不會太高。 2、傳感器尺寸傳感器尺寸是以有效面積（寬x高）或以對角線大小（英寸）來表示的，常見的傳感器尺寸如下：圖1. 傳感器尺寸傳感器尺寸越大，一定程度上表示相機可容納像素個數(shù)越多，成像的畫幅越大。3、遠心度（ecentricity）不同廠家的遠心鏡頭消除透視誤差的能力也有差異，這是因為遠心度不同。遠心度定義為主光線與光軸間的夾角θ，如圖所示。圖2. 遠心度測量假設(shè)物體高低差d=2mm, 鏡頭遠心度θ=0.05°，則物體位置偏移量=2mm*tan0.05°=1.7µm. 若選用普通鏡頭θ=15°，則物體位置偏移量=2mm*tan15°=535.9µm。因此對于非平面物體的測量應(yīng)用，只有選用遠心度高的遠心鏡頭，才能很好的消除透視誤差，從而減小測量誤差。 4、景深景深，在光學攝影中是一個很重要參數(shù)，它的大小決定著清晰圖像范圍。在遠心光學成像中，景深也是一個經(jīng)常被提及的參數(shù)，它的大小取決于鏡頭倍率、光圈數(shù)、波長、像素大小、客戶使用的邊緣提取算法靈敏度。景深可用于測量應(yīng)用，它通常比缺陷檢測景深要大，圖像的對比度必須盡可能高。景深非常困難用參數(shù)來定義：它取決于倍率、光圈數(shù)、波長、像素大小、客戶使用的邊緣提取算法的靈敏度。由于這個原因：沒有客觀的，也沒有標準的方式來定義它：這是一個主觀參數(shù)。景深=(工作光圈數(shù)*像素大小*應(yīng)用程序特定參數(shù))/（放大倍率*放大倍率）。

光輻射的危害及其防治

光輻射的危害及其防治 什么是光輻射 一般按輻射波長及人眼的生理視覺效應(yīng)將光輻射分成三部分：紫外輻射、可見光和紅外輻射。以電磁波形式或粒子（光子）形式傳播的能量，它們可以用光學元件反射、成像或色散，這種能量及其傳播過程稱為光輻射。 光輻射的危害 近年來的光生物學研究表明，光輻射與人類健康息息相關(guān)，不管是紫外光、可見光、紅外光，在照射適當?shù)那闆r下，都能對人體的生理產(chǎn)生積極的影響。然而，在照射不足或者照射過度的情況下，光輻射帶來的影響要么是可以忽略的，要么就存在潛在危害。 紫外危害 紫外輻射是指波長范圍在100nm—400nm的光輻射，一般把100nm—280nm稱作UVC，把280nm—315nm稱作UVB，把315nm—400nm稱作UVA。其中100nm—200nm的紫外輻射被大氣吸收，對人類沒有影響，被稱為真空紫外，因此對人類有影響主要是200nm—400nm的紫外輻射。 研究表明，紫外線的有害效應(yīng)主要是由于紫外線對脫氧核糖核酸（DNA）的作用造成的。最有害的效應(yīng)是細胞致死，其它的效應(yīng)則包括致突、致癌、干擾DNA、核糖核酸（RNA）和蛋白質(zhì)的合成、細胞分裂的延遲、以及在通透性和能動性上的變化等。 就目前所知，紫外線對人體的有益效應(yīng)極少（如促進人的皮膚中產(chǎn)生維生素D），但是紫外線能夠造成的危害卻很多。紫外線對眼睛的危害主要有：光致角膜炎、光致結(jié)膜炎、白內(nèi)障等。紫外線對面皮膚的危害主要有：紅斑（短期效應(yīng)）、皮膚癌（長期效應(yīng)）。 藍光危害 隨著時間推移，脂褐質(zhì)在視網(wǎng)膜色素上皮細胞的積聚將使視網(wǎng)膜更容易受到長時間光照的損傷。研究表明，對由于遺傳、營養(yǎng)、環(huán)境、習慣、年齡等因素而有上述視網(wǎng)膜斑點問題的人群，藍光特別有害。盡管波長較短的UVA和UVB被角膜和晶狀體吸收，但是研究發(fā)現(xiàn)，紫外到藍光波段的光輻射都能造成此類危害。 可見與紅外危害 電磁波可見部分的波長范圍約在380nm到780nm之間，在這個范圍內(nèi)的各種波長，都可憑眼睛的顏色感覺來加以區(qū)別。藍色和紫色屬于短波，紅色屬于長波，黃色和綠色處于可見波長范圍的中間，也是人眼最敏感的區(qū)域。可見光的最重要的效應(yīng)就是我們的視覺，視覺是將光能轉(zhuǎn)化為電能或者神經(jīng)沖動的過程，它的光化學反應(yīng)就是光物理與光異構(gòu)化作用。視覺是人類最重要的知覺功能，人類接收的外界信息中的百分之八十到九十來自視覺，可見光使我們能夠感覺、認識、記憶這個世界，使我們能夠維持我們的方位。可見與紅外部分的光輻射危害主要有：灼傷、紅斑效應(yīng)、白內(nèi)障等。 此外高強度的光源光輻射也能對人體造成損傷，如直視激光會引起黃斑燒傷，會造成不能恢復(fù)的視力減退，這種傷害是生理性的，往往不能修復(fù)。 光輻射危害的防治 起初為了防止激光對人體產(chǎn)生危害，建立了IEC/EN 60825激光安全標準，將激光安全等級分為6類安全等級。如今各種光源越來越普及，為了保護人們免受光輻射造成的傷害和失明，人們制定了IEC/EN 62471標準，目的是為了評估與不同燈和燈系統(tǒng)相關(guān)的光輻射危害，并全面取代IEC/EN 60825標準中關(guān)于LED產(chǎn)品能量等級的要求，增加了光生物方面的要求，其中包括輻射強度、輻射亮度等并根據(jù)測試數(shù)據(jù)對產(chǎn)品進行危害分級。例如美國Smar Vision Lights遵守IEC/EN 62471標準生產(chǎn)的光源，在保證多波長的基礎(chǔ)上（365nm、395nm、470nm、505nm、530nm、625nm、850nm、940nm及白光），可確保光源產(chǎn)生的光輻射對人體無危害。 根據(jù)EN 62471:2008規(guī)定，按照光輻射來源的潛在光生物學危害性，將光輻射來源劃分為不同風險組。分組是通過風險評估來實現(xiàn)的，而風險評估是根據(jù)從制造商獲得的信息對單個部件或成品進行的。若光輻射來源被劃分到“安全”組或“低風險”組，則不需要對工作場所進行詳細評估，因為并不存在光生物學安全隱患問題。按照危害性，根據(jù)放射限制以及危害超標前的允許接觸時長，將光輻射來源劃分為以下四組： 風險組判斷基礎(chǔ)安全組無光生物學危害 低風險組正常操作情況下無光生物學危害 中風險組由于對強光或熱度不適有保護性反應(yīng)，不會造成危害 高風險組即使是短暫接觸也有危險 >>光虎光電科技（天津）有限公司<< >>公司網(wǎng)址：gggddd.com.cn<<

光度立體技術(shù)及其應(yīng)用

光度立體技術(shù)及其應(yīng)用隨著計算機視覺理論的逐漸成熟，從圖像中獲取物體表面的三維信息的算法己經(jīng)達到了實際應(yīng)用的階段。立體視覺技術(shù)、Shape From X技術(shù)、光度立體技術(shù)（Photometric Stereo）等一系列圖形算法可以自動從單幅或多幅真實物體照片中提取出其三維結(jié)構(gòu)的信息，而這些技術(shù)實施簡便，設(shè)備易于獲取，核心部件僅需一臺數(shù)碼相機即可。所以，通過應(yīng)用計算機視覺理論，從真實物體的照片中重建物體的三維結(jié)構(gòu)的技術(shù)是目前得到真實物體3D模型的比較廉價的手段。光度立體法光度立體法是SFS（Shape From Shading）陰影恢復(fù)形狀方法的一個分支，與SFS不同的是，光度立體法使用多幅圖像來還原物體表面的三維結(jié)構(gòu)，它要求物體和攝像機的相對位置不變，然后使用不同方向的光源照射物體，從而產(chǎn)生不同的明暗效果。由于有多幅不同的光源下的圖像，計算物體表面的向量場就相對容易了許多，而且不受物體表面反射系數(shù)的影響。光度立體技術(shù)的優(yōu)點測量任何給定像素的高度不是光度立體技術(shù)的主要考慮因素。相反，該技術(shù)通過使用3D表面取向及其對反射光的影響產(chǎn)生對比度圖像，突出局部3D表面變化。使用傳統(tǒng)的2D成像時，顯示的變化可能是不可見的。當使用光度立體技術(shù)時，不需要知道測試對象和相機之間的精確3D關(guān)系，也不必使用兩個相機來捕獲3D數(shù)據(jù)。而是使用具有多個照明源的單個相機系統(tǒng)。通過在不同光照條件下觀察物體，計算其表面。該方法是利用表面相對于光源，從傳感器觀察到的表面反射的光量來進行計算的。由于光度立體算法的出現(xiàn)，人們越來越意識到良好的照明以及低成本的多光解決方案是機器視覺成功的關(guān)鍵，例如Smart Vision Lights的LED燈管理器（LLM）（允許通過以下方式控制四個燈）基于瀏覽器的簡單界面，成本低于幀抓取器或智能相機分線盒，光度立體學在工業(yè)中的應(yīng)用越來越受到關(guān)注，其獨特優(yōu)點使得許多以前難以或不可能解決的常見工業(yè)檢測應(yīng)用成為可能。 光度立體技術(shù)的應(yīng)用輪胎和夾子例如，無論零件是卡車輪胎還是汽車夾，在零件上讀取凸起的字母對于機器視覺系統(tǒng)來說總是有問題的。在這個例子中，塑料連接器表面具有多種特征，以及數(shù)字"2"和方向符號。從組成圖像中可以看到，包含剪輯的材料和凸起的字母之間沒有區(qū)別，因此沒有對比度。在較大的物體（如輪胎）上，通常使用激光三角測量系統(tǒng)創(chuàng)建 3D 曲面圖。用于 3D 測量的激光掃描系統(tǒng)已變得更加集成和有效，但仍是成本高昂的解決方案，并且通常要求對象在檢查過程中移動，從而增加了自動化解決方案的成本和復(fù)雜性。在這些照片中，黑色塑料夾由位于輪胎周邊 90 度、180 度、270 度和 360 度的線性微型 （LM） LED 燈照亮，并由 LED 燈管理器 （LLM） 控制。當相機觸發(fā)每次曝光時，LLM 會從不同的方向觸發(fā)光線。相機將每個圖像導(dǎo)入帶有光度立體算法的 PC 中，該算法從每個圖像中獲得最佳像素，并將它們組合成一個合成圖。（圖片由Matrox Imaging提供）合成皮革穿孔在這個例子中，顯示了四張合成皮革材料的圖片。人造革，與其模仿的有機材料類似，具有相當大的表面紋理。人眼幾乎不可能在整個圖像上可視化100％的表面紋理。

【視覺知識】液態(tài)鏡頭技術(shù)

液態(tài)鏡頭技術(shù)液態(tài)鏡頭是在工業(yè)領(lǐng)域迅速普及的一項新技術(shù)，在多種應(yīng)用中它們比傳統(tǒng)鏡頭具有許多優(yōu)勢。實際上，正是它們的多功能性和靈活性成為成功采用它們的主要動力。但是什么是液態(tài)鏡頭技術(shù)？它是如何工作的？它的作用是什么？液態(tài)鏡頭用于卓越的自動對焦對于數(shù)字圖片，精確控制焦點是獲得高質(zhì)量圖像的唯一方法。圖像的主體必須非常清晰，而背景的其余部分則更加模糊。自動對焦功能是拍攝優(yōu)質(zhì)照片的核心，而液態(tài)鏡頭為自動對焦帶來了全新的功能。液態(tài)鏡頭可用于多種應(yīng)用，例如：l 數(shù)碼攝影l(fā) 工業(yè)數(shù)據(jù)采集l 條形碼讀取（一維和二維）l 生物特征數(shù)據(jù)采集本質(zhì)上，液態(tài)鏡頭可用于物距變化很大，需要快速自動對焦的任何應(yīng)用。液態(tài)鏡頭如何工作？液態(tài)鏡頭采用電潤濕工藝來實現(xiàn)卓越的自動聚焦功能。透鏡本身是一個內(nèi)部裝有水和油的密封電池。電潤濕過程可將油滴快速準確地塑造成有效的鏡片。該過程是連續(xù)的，可逆的，并且對于大小聚焦步驟都同樣快速。液態(tài)鏡頭改變其形狀的速度似乎很神奇，但實際上是非?？茖W的。如果將一滴液體放置在疏水表面（排斥液體的表面）上，則液體中的分子將結(jié)合在一起并形成珠子，因為它們被表面的疏水性所排斥。當向該液體和疏水性阻擋層另一側(cè)的另一種導(dǎo)電材料（如鋁）施加電場時，液體會靜電吸附到鋁上。組成液體的分子在試圖到達鋁時會散開，導(dǎo)致水滴急劇改變形狀。此過程稱為電潤濕，它是液態(tài)鏡頭的重要基礎(chǔ)。施加的電場越強，液體對導(dǎo)電材料的吸引力就越大。這意味著水將盡其所能地越過障礙物傳播到更遠的范圍，從而進一步擴散。通過改變用電量，可以迫使液體采取多種形狀。如果將這種液體用作透鏡，則其變成不同形狀時將具有不同的焦距，從而可以大大改變傳感器拍攝的圖像。為什么要使用液態(tài)鏡頭技術(shù)？液態(tài)鏡頭的主要優(yōu)點是其靈活性，可以同時用于多種不同的應(yīng)用。這在不同尺寸物體的大批量生產(chǎn)環(huán)境中尤其有用。例如，一家制藥公司可能對不同類型的膠囊、藥丸、凝膠片等使用機器視覺檢查。對于傳統(tǒng)的鏡頭，將需要設(shè)置多個圖像系統(tǒng)來檢查每種產(chǎn)品，或者一個圖像系統(tǒng)必須焦點深度不斷變化。使用液態(tài)鏡頭，一個圖像系統(tǒng)可以完成多個圖像系統(tǒng)的工作，可以在圖像系統(tǒng)中編程不同的物距，從而無需停止生產(chǎn)來更改焦深或設(shè)置多個不同的圖像系統(tǒng)。液態(tài)鏡頭技術(shù)在很大程度上得益于其提供的靈活性，在工業(yè)領(lǐng)域已迅速普及。液體透鏡非常適合廣泛的應(yīng)用，甚至可以提供比許多機械選件更高的圖像質(zhì)量?！緛碓矗汗饣⒁曈X內(nèi)部培訓資料】

圖像畸變的產(chǎn)生及消除畸變的方法

圖像畸變的產(chǎn)生及消除畸變的方法什么是圖像畸變？畸變作為光學系統(tǒng)中經(jīng)常提到的一個參數(shù)，是限制光學量測準確性的重要因素之一。它是光學系統(tǒng)對物體所成的像相對于物體本身而言的失真程度，只引起像的變形，對像的清晰度并無影響。對于理想光學系統(tǒng)，在一對共軛的物像平面上，放大率是常數(shù)。但是對于實際的光學系統(tǒng)，僅當視場較小時具有這一性質(zhì)，而當視場較大或很大時，像的放大率就要隨視場而異，這樣就會使像相對于物體失去相似性。這種使像變形的成像缺陷稱為畸變?；兌x為實際像高與理想像高差，而在實際應(yīng)用中經(jīng)常將其與理想像高之比的百分數(shù)來表示畸變，稱為相對畸變，即常見的畸變類型桶形畸變：在桶形畸變中，圖像放大率隨與光軸的距離而減小，體現(xiàn)在圖像呈球體（或桶）周圍映射的效果。魚眼鏡頭具有半球形的視角，它利用這種變形來將無限寬的物平面映射到有限的圖像區(qū)域。在變焦鏡頭中，桶形畸變出現(xiàn)在鏡頭焦距范圍的中間，而在該范圍的廣角端最嚴重。枕形畸變：在枕形畸變中，圖像放大率隨距光軸距離的增加而增加?？梢姷男Ч?，未穿過圖像中心的線像枕形一樣向內(nèi)彎曲，朝向圖像中心。機器視覺中的圖像畸變圖像畸變帶來的影響光虎視覺認為許多檢測應(yīng)用需要非常精確的測量，盡管通過亞像素插值的軟件算法可以提供非常精細的測量結(jié)果，但是如果創(chuàng)建的圖像有任何變形，它們也無法提供準確或可重復(fù)的結(jié)果。所以，選擇合適的光學器件是測量系統(tǒng)能否成功的關(guān)鍵。幸運的是，運用一些光學原理，可以使用雙遠心鏡頭，該類鏡頭可以克服物體位置的變化、物體上的高度差以及其他可能導(dǎo)致軟件處理不正確的圖像信息的問題。所以合理使用雙遠心鏡頭可以很好的解決圖像的畸變問題。遠心的重要性透視誤差，也稱為視差，是我們?nèi)粘ｓw驗的一部分。實際上，視差是使得大腦解釋3D世界的原因。距離我們較近的物體看起來相對較大，舉個簡單的例子：想象某人站在一組鐵軌，緊挨著它們的前面，兩根鐵軌相距不遠，看似平行。當朝地平線看去時，這些平行的軌道似乎會聚在一起。我們知道它們實際上并沒有在遠處的某個地方聚集在一起，否則火車會飛離軌道，但是這種感知方式至關(guān)重要。在常規(guī)成像系統(tǒng)中也存在該現(xiàn)象，其中物體的感知尺寸（其放大率）隨著其距透鏡的距離而變化。雙遠心鏡頭在光學上可以糾正這種情況，因此在鏡頭所定義的范圍內(nèi)，無論距離如何，物體都保持相同的感知大小。在鐵軌的示例中，雙遠心鏡頭會使鐵軌看起來相距相同的距離，而不管它們是在鏡頭的前面還是在地平線上。雙遠心鏡頭的優(yōu)勢光虎視覺認為對于許多應(yīng)用，都需要雙遠心，因為它在一定的工作距離范圍內(nèi)提供近乎恒定的放大倍率，實際上消除了視角誤差。這意味著對象移動不會影響圖像放大率。在具有雙遠心的光學系統(tǒng)中，物體離近或遠離鏡頭不會導(dǎo)致圖像變大或變小。此外，沿光軸方向具有深度范圍的對象不會出現(xiàn)傾斜。例如，圓柱的軸平行于光軸的圓柱物體在遠心鏡頭的像平面中看起來是圓形的。在非遠心鏡頭中，同一物體看起來頂部是橢圓形的，而不是圓形的，并且側(cè)面是可見的。值得一提的是，在具有雙遠心的光學系統(tǒng)中，聚焦或故意散焦的圖像平面運動不會改變圖像大小。雙遠心鏡頭的另一個優(yōu)點是，它可以提供極其均勻的圖像平面照明。雙遠心鏡頭在大多數(shù)情況下可以提供當今市場上最低的失真水平（畸變），這大大的提高了它們提供可靠的視覺系統(tǒng)的能力。隨著當今機器視覺系統(tǒng)的需求不斷增長，選擇正確的光學組件比以往任何時候都更加重要。光學系統(tǒng)是調(diào)節(jié)圖像以進行分析的關(guān)鍵部分，因此不應(yīng)忽視。每當需要進行關(guān)鍵測量時，都需要考慮使用雙遠心鏡頭來產(chǎn)生能夠真正提供所需結(jié)果的系統(tǒng)?！緛碓矗汗饣⒁曈X內(nèi)部培訓資料】