使用光學優化機器視覺應用

解釋使用光學的基本原理，以優化機器視覺應用。

鏡頭負責創建足夠的圖像質量，以使視覺系統來提取關于從圖像中對象所需的信息。在典型的應用中，鏡頭需要定位視場（FOV）的領域內的特征，確保功能都在焦點，最大化對比度和避免透視失真。什么可以是足夠的圖像質量為一個應用程序可能不足以另一個。本文將介紹使用光學優化機器視覺應用的基礎知識。

 

機器視覺光學的基本知識

由鏡頭成像的被攝體區域被稱為視場（FOV）的字段。視場應包括那些對與對齊誤差公差檢查所有功能。工作距離（WD）是被成像從鏡頭到對象的前部的距離。

景深（DOF）是最大對象深度，可以完全在焦點被維持。傳感器的尺寸是相機傳感器的有源區域中，典型地在水平維度指定的大小。主倍率是傳感器尺寸和視場之間的比率。與保持恒定主倍率，降低了傳感器的尺寸減小的視場，并提高了傳感器的尺寸增大的視場。

 

分辨率

分辨率是視覺系統再現物體細節的能力的一種測量方法。例如，一個帶有兩個小物體的圖像，它們之間有一定的有限距離。當它們通過鏡頭成像到傳感器上時，它們是如此緊密的結合在一起，它們被成像到相鄰的像素上。如果我們要放大，我們會看到一個對象，是兩個大小的像素，因為傳感器不能解決的對象之間的距離。的對象之間的分離已被增加到一個點，有一個在圖像中的它們之間的分離的像素。這種圖案的像素，像素和像素上，稱為線對，是用來定義系統的像素分辨率。

 

對比

對比度是在圖像中的黑人和白人之間的強度的分離。一個黑人和一個白人之間的差異越大，對比度越好。例如，在相同的高分辨率傳感器相同的位置和焦距不同的鏡頭拍攝的一個不一樣的標簽的兩個不同的圖像。不同的是，用于在右邊的圖像的鏡頭提供了更高的對比度，因為它是一個更好的匹配的高分辨率傳感器。

顏色過濾可以用來增加對比度。一個機器視覺應用程序設計來區分紅色和綠色的凝膠膠囊添加一個紅色或綠色的過濾器，增加了對比度的角度來看，視覺解決方案變得更加強大。

 

衍射

在現實世界中，衍射，有時被稱為鏡頭模糊，降低了在高空間頻率的對比度，設置一個較低的限制，對圖像的光斑尺寸。

相同的測試應用到不同的鏡頭具有相同的焦距和相同的視野，使用相同的圖像傳感器將產生一個對比度降低到47%的中心，42%在底部中間和37%在角落里。三分之一鏡頭是不同的，在該性能是好的在中心的圖像在52%對比度，下降到36%的角落位置，并下降甚至更多的底部中間到22%。值得注意的是，所有這三個鏡頭都有相同的視場、景深、分辨率和初級放大。鏡頭的性能可以有一個戲劇性的影響，傳感器的能力，辨別在應用程序中是重要的細節。

 

景深

字段的深度是最接近和最遠的工作距離之間的差異的一個對象可能會被觀察之前觀察到一個不可接受的模糊。f停止值（F / #），也被稱為光圈或光圈鏡頭的設置有助于確定景深。F / #是鏡頭焦距除以鏡頭的直徑。F / #是指定的大部分鏡頭在無窮遠焦距。為減少F / #，鏡頭不光收集。減少光圈設置或使光圈較小增加場深度。

增加的允許模糊也增加景深。在景深最佳聚焦位置由綠線，這是接近最接近鏡頭的景深的末端。

一個用不同的焦距，是專為機器視覺的應用會產生以下結果：鏡頭與光圈完全開放，線是灰色而不是黑色和白色的數字有點清晰，但高度模糊；與虹膜大多封閉，提高了分辨率，更在該地區的利益和圖像是鋒利在工作距離范圍顯示。

 

扭曲

失真是一種光學誤差或像差，導致在不同的放大倍數在圖像內的不同點。透視變形是由一個事實，即進一步的一個對象是從相機，較小的它通過一個鏡頭。透視變形可以最小化通過保持相機垂直于視圖的字段。

透視失真可以用遠心鏡頭來盡量減少光。

 

結論

光學是非常重要的機器視覺應用的整體成功。這里所示的例子表明考慮的整體系統，包括光學，照明和視覺系統，而不是簡單地挑選組件的重要性。當你在討論與供應商的應用程序時，一定要完全解釋檢查的目標，而不是只是要求特定的組件，使供應商可以有助于應用程序的成功。

 

技術提示

目標可以被用來確定一個系統的限制分辨率以及如何以及傳感器和光學相互補充。

在現實世界中，衍射，有時被稱為鏡頭模糊，降低了在高空間頻率的對比度，設置一個較低的限制，對圖像的光斑尺寸。

透視失真可以用遠心鏡頭來盡量減少光。