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選擇工業(yè)鏡頭的竅門-深圳市視清科技有限公司

       不同工業(yè)鏡頭的成像質(zhì)量有著有著千差萬別, 就算是同一類型的工業(yè)鏡頭也是如此,這主要是由于材質(zhì)、加工精度和鏡片結(jié)構(gòu)的不同等因素造成的,同時(shí)也導(dǎo)致不同檔次的工業(yè)鏡頭鏡頭價(jià)格從幾百元到幾萬元的巨大差異。比較著名的如四片三組式天塞鏡頭、六片四組式雙高斯鏡頭。對(duì)于鏡頭設(shè)計(jì)及生產(chǎn)廠家,一般用光學(xué)傳遞函數(shù)OTF (Optical Transfer Function)來綜合評(píng)價(jià)鏡頭成像質(zhì)量,光學(xué)系統(tǒng)傳遞的是亮度沿空間分布的信息,光學(xué)系統(tǒng)在傳遞被攝景物信息時(shí),被傳遞之各空間頻率的正弦波信號(hào),其調(diào)制度和位相在成實(shí)際像時(shí)的變化,均為空間頻率的函數(shù),此函數(shù)稱為光學(xué)傳遞函數(shù)。OTF一般由調(diào)制傳遞函數(shù)MTF(Modulation Transfer Function)與位相傳遞函數(shù)PTF(Phase Transfer Function )兩部分組成。


像差是影響圖像質(zhì)量的重要方面,常見的像差有如下六種:

       球差:由主軸上某一物點(diǎn)向光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出的單色圓錐形光束,經(jīng)該光學(xué)系列折射后,若原光束不同孔徑角的各光線,不能交于主軸上的同一位置,以至在主軸上的理想像平面處,形成一彌散光斑(俗稱模糊圈),則此光學(xué)系統(tǒng)的成像誤差稱為球差。

       慧差:由位于主軸外的某一軸外物點(diǎn),向光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出的單色圓錐形光束,經(jīng)該光學(xué)系列折射后,若在理想像平面處不能結(jié)成清晰點(diǎn),而是結(jié)成拖著明亮尾巴的慧星形光斑,則此光學(xué)系統(tǒng)的成像誤差稱為慧差。

       像散:由位于主軸外的某一軸外物點(diǎn),向光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出的斜射單色圓錐形光束,經(jīng)該光學(xué)系列折射后,不能結(jié)成一個(gè)清晰像點(diǎn),而只能結(jié)成一彌散光斑,則此光學(xué)系統(tǒng)的成像誤差稱為像散。

       場(chǎng)曲:垂直于主軸的平面物體經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)所結(jié)成的清晰影像,若不在一垂直于主軸的像平面內(nèi),而在一以主軸為對(duì)稱的彎曲表面上,即最佳像面為一曲面,則此光學(xué)系統(tǒng)的成像誤差稱為場(chǎng)曲。當(dāng)調(diào)焦至畫面中央處的影像清晰時(shí),畫面四周的影像模糊;而當(dāng)調(diào)焦至畫面四周處的影像清晰時(shí),畫面中央處的影像又開始模糊。

       色差:由白色物體向光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出一束白光,經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)折射后,各色光不能會(huì)聚于一點(diǎn)上,而形成一彩色像斑,稱為色差。色差產(chǎn)生的原因是同一光學(xué)玻璃對(duì)不同波長(zhǎng)的光線的折射率不同,短波光折射率大,長(zhǎng)波光折射率小。

       畸變:被攝物平面內(nèi)的主軸外直線,經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像后變?yōu)榍€,則此光學(xué)系統(tǒng)的成像誤差稱為畸變?;兿癫钪挥绊懹跋竦膸缀涡螤睿挥绊懹跋竦那逦?。這是畸變與球差、慧差、像散、場(chǎng)曲之間的根本區(qū)別。


我們?cè)谠u(píng)價(jià)工業(yè)鏡頭質(zhì)量時(shí)一般還會(huì)從分辨率、明銳度和景深等幾個(gè)實(shí)用參數(shù)判斷:
       1. 分辨率(Resolution):又稱鑒別率、解像力,指鏡頭清晰分辨被攝景物纖維細(xì)節(jié)的能力,制約鏡頭分辨率的原因是光的衍射現(xiàn)象,即衍射光斑(愛里斑)。分辨率的單位是“線對(duì)/毫米“ (lp/mm)。
       2. 明銳度(Acutance):也稱對(duì)比度,是指圖像中最亮和最暗的部分的對(duì)比度。
       3. 景深(DOF):在景物空間中,位于調(diào)焦物平面前后一定距離內(nèi)的景物,還能夠結(jié)成相對(duì)清晰的影像。上述位于調(diào)焦物平面前后的能結(jié)成相對(duì)清晰影像的景物間之縱深距離,也就是能在實(shí)際像平面上獲得相對(duì)清晰影像的景物空間深度范圍,稱為景深。

       4. 最大相對(duì)孔徑與光圈系數(shù):相對(duì)孔徑,是指該鏡頭的入射光孔直徑(用D表示)與焦距(用f表示)之比,即:相對(duì)孔徑=D/ f 。相對(duì)孔徑的倒數(shù)稱為光圈系數(shù)(aperture scale),又稱為f/制光圈系數(shù)或光孔號(hào)碼。一般鏡頭的相對(duì)孔徑是可以調(diào)節(jié)的,其最大相對(duì)孔徑或光圈系數(shù)往往標(biāo)示在鏡頭上,如1:1.2或f/1.2 。如果拍攝現(xiàn)場(chǎng)的光線較暗或曝光時(shí)間很短,則需要盡量選擇最大相對(duì)孔徑較大的鏡頭。


鏡頭各參數(shù)間的相互影響關(guān)系
       一個(gè)好的鏡頭,在分辨率、明銳度、景深等方面都有很好的體現(xiàn),對(duì)各種像差的校正也比較好,但同時(shí)其價(jià)格也會(huì)幾倍甚至上百倍的提高。如果我們掌握一些規(guī)律和經(jīng)驗(yàn),就可以使用同檔次的鏡頭達(dá)到更好的效果。
       1. 焦距大小的影響情況
       焦距越小,景深越大;
       焦距越小,畸變?cè)酱?
       焦距越小,漸暈現(xiàn)象越嚴(yán)重,使像差邊緣的照度降低;
       2. 光圈大小的影響情況
       光圈越大,圖像亮度越高;
       光圈越大,景深越小;
       光圈越大,分辨率越高;
       3. 像場(chǎng)中央與邊緣
       一般像場(chǎng)中心較邊緣分辨率高
       一般像場(chǎng)中心較邊緣光場(chǎng)照度高
       4. 光波長(zhǎng)度的影響
“中國制造2025”帶動(dòng)國內(nèi)機(jī)器視覺的發(fā)展

       在生物上,幾乎具有視覺的生物都有兩只眼睛,用于觀察事物,而機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來做測(cè)量和判斷。機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過機(jī)器視覺產(chǎn)品(工業(yè)相機(jī)、工業(yè)鏡頭等)將被拍攝目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào),傳送給專用的圖像處理系統(tǒng),再轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào);圖像處理系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征,進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。


       在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過程中,人們將機(jī)器視覺系統(tǒng)廣泛地用于裝配定位、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)、產(chǎn)品識(shí)別、產(chǎn)品尺寸測(cè)量等方面,實(shí)現(xiàn)人工操作所不能達(dá)到的精確性、可靠性、自動(dòng)化程度和高效率。機(jī)器視覺應(yīng)用領(lǐng)域有半導(dǎo)體和電子制造行業(yè)、汽車、印刷包裝、煙草、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥和交通等領(lǐng)域。機(jī)器視覺是一次技術(shù)的革新,依賴于不斷擴(kuò)大的行業(yè)需求,成為逐漸崛起的新興行業(yè)。中國的電子制造和代工廠商過去幾年正在采購大量自動(dòng)化設(shè)備取代人工,以應(yīng)對(duì)中國愈演愈烈的缺工現(xiàn)象,以及提高工作效率和產(chǎn)量。


       在我國,雖然機(jī)器視覺的起步比較晚,行業(yè)的集中度也不是很高,最開始主要是一些代理商代理一些國外的品牌?,F(xiàn)在,隨著我國機(jī)器視覺行業(yè)的發(fā)展,很多的經(jīng)銷商開始推出自主品牌的產(chǎn)品,但是,在行業(yè)分布、渠道分銷以及成熟的自動(dòng)化產(chǎn)品等方面與國外有著明顯的差異。國內(nèi)機(jī)器視覺市場(chǎng)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有飽和,還在不斷的發(fā)展。  


       現(xiàn)在,國內(nèi)的機(jī)器視覺市場(chǎng)主要有三類,一是國外的老品牌;二是國企;三是新興的自主研發(fā)的民營企業(yè)。雖然從技術(shù)層面來看,我國自主研發(fā)的機(jī)器視覺產(chǎn)品與國外還需一段時(shí)間的追趕,但在實(shí)際的應(yīng)用中也積累了價(jià)格優(yōu)勢(shì)。  


       專家預(yù)測(cè),隨著全球制造中心像中國轉(zhuǎn)移,中國市場(chǎng)逐漸成為國際廠商的關(guān)注焦點(diǎn),中國機(jī)器視覺市場(chǎng)未來發(fā)展空間很大,隨著“中國制造2025”(中國制造業(yè)未來10年將要通過努力實(shí)現(xiàn)中國制造向中國創(chuàng)造、中國速度向中國質(zhì)量、中國產(chǎn)品向中國品牌三大轉(zhuǎn)變,推動(dòng)中國到2025年基本實(shí)現(xiàn)工業(yè)化,邁入制造強(qiáng)國行列)戰(zhàn)略目標(biāo)的提出,近幾年,將成為機(jī)器視覺行業(yè)的爆發(fā)年,我國機(jī)器視覺行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模將保持穩(wěn)定快速增長(zhǎng)。
機(jī)器視覺雙目測(cè)量系統(tǒng)相關(guān)簡(jiǎn)介-深圳市視清科技有限公司

       機(jī)器視覺雙目測(cè)量系統(tǒng),能夠?qū)σ晥?chǎng)范圍內(nèi)的標(biāo)靶進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別定位,可在復(fù)雜的背景環(huán)境下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定,操作方便快捷。該系統(tǒng)平臺(tái)主要應(yīng)用于空間物體三維空間位置、姿態(tài)、距離等三維測(cè)量領(lǐng)域。


       機(jī)器視覺雙目測(cè)量系統(tǒng)平臺(tái)提供的是實(shí)現(xiàn)空間物體雙目三維測(cè)量所必須的攝像機(jī)標(biāo)定、雙目標(biāo)定、立體匹配、雙目測(cè)量等模塊的算法動(dòng)態(tài)庫,而不是一個(gè)完整的雙目測(cè)量系統(tǒng),不能直接進(jìn)行雙目測(cè)量,需要在此基礎(chǔ)上由系統(tǒng)開發(fā)人員針對(duì)具體的測(cè)量目標(biāo),添加目標(biāo)特征點(diǎn)的檢測(cè)算法,構(gòu)成一個(gè)完整的雙目測(cè)量系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)特定目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。


雙目測(cè)量平臺(tái)的構(gòu)成
       由于不同場(chǎng)景的應(yīng)用,各個(gè)雙目測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的目標(biāo)是不相同的,不同目標(biāo)的檢測(cè)識(shí)別算法也是不盡相同的,無法做成一套對(duì)各個(gè)目標(biāo)都適用的系統(tǒng)。而測(cè)量系統(tǒng)中的雙目標(biāo)定、立體匹配、雙目測(cè)量等模塊是基本相同的。


       如果把一個(gè)雙目測(cè)量系統(tǒng)比喻成拿一把尺子去測(cè)量一個(gè)物體,要人為的給出物體的兩個(gè)端點(diǎn),才能實(shí)現(xiàn)物體長(zhǎng)度的測(cè)量,而尺子不會(huì)自己去找這兩個(gè)端點(diǎn)。而雙目測(cè)量平臺(tái)就相當(dāng)于這把尺子,必須針對(duì)特定的目標(biāo)進(jìn)行特征點(diǎn)的檢測(cè),告訴它要測(cè)量的是哪個(gè)點(diǎn),才能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)量。


       雙目測(cè)量平臺(tái)的主要算法功能包括以下幾個(gè)方面:

       (1)標(biāo)靶的自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別定位能夠在比較復(fù)雜的外界環(huán)境下實(shí)現(xiàn)標(biāo)靶的自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別及各特征點(diǎn)的定位,無需人工手動(dòng)進(jìn)行特征點(diǎn)的確定,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定,提高工作效率。

       (2)單目標(biāo)定 可實(shí)現(xiàn)單目攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)鏡頭畸變系數(shù)等參數(shù)的標(biāo)定。

       (3)雙目標(biāo)定 同時(shí)實(shí)現(xiàn)雙目測(cè)量系統(tǒng)總兩相機(jī)的內(nèi)參數(shù)、鏡頭畸變系數(shù)以及兩相機(jī)的位置關(guān)系等參數(shù)的標(biāo)定。

       (4)極線約束提供計(jì)算系統(tǒng)的基礎(chǔ)矩陣、極線、左右圖像中對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)的匹配等功能。

       (5)高精度雙目測(cè)量提供高精度雙目三維測(cè)量算法。





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