機(jī)器視覺(jué)技術(shù)與應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)-線掃鏡頭和特種鏡頭

線掃描鏡頭線掃描鏡頭

線陣鏡頭是專為高分辨率掃描應(yīng)用設(shè)計(jì)，它具有如下特點(diǎn)：最高可達(dá)16K;最大兼容成像靶面為90mm,支持高分辨率，最小像元尺寸可達(dá)5um;低畸變率；放大倍率0.2x-2.0x；

一般線掃描鏡頭都采用固定光圈，在每個(gè)放大倍率范圍內(nèi)均可保持最優(yōu)景深、圖像分辨率和亮度，能滿足視覺(jué)系統(tǒng)的典型要求。

線掃鏡頭為什么在選相機(jī)時(shí)要考慮鏡頭的選型呢？常見(jiàn)的線陣相機(jī)分辨率目前有1K,2K,4K,6K,7K,8K,12K幾種，象素大小有5um,7um,10um,14um幾種，這樣芯片的大小從10.240mm(1Kx10um)到86.016mm(12Kx7um)不等。很顯然，C接口遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，因?yàn)镃接口最大只能接22mm的芯片，也就是1.3inch。而很多相機(jī)的接口為F，M42X1，M72X0.75等，不同的鏡頭接口對(duì)應(yīng)不同的后背焦(Flangedistance)，也就決定了鏡頭的工作距離不一樣。特點(diǎn)

1.專為高分辨率掃描應(yīng)用設(shè)計(jì)，最高可達(dá)16K;2.最大兼容成像靶面為90mm,使用更長(zhǎng)的線掃描相機(jī)；3.高分辨率，最小像元尺寸可達(dá)5um;4.低畸變率；5.放大倍率0.2x-2.0x線掃描鏡頭的主要參數(shù)1光學(xué)放大倍率(β,Magnification)

確定了相機(jī)分辨率和像素大小，就可以計(jì)算出芯片尺寸（Sensorsize）；芯片尺寸除以視野范圍(FOV)就等于光學(xué)放大倍率。β=CCDSize/FOV，一般放大倍率在0.2-2.0之間。

有了光學(xué)放大倍率、接口、后背焦，就能計(jì)算出工作距離和圈長(zhǎng)度。選好這些之后，還有一個(gè)重要的環(huán)，就是看MTF值是否足夠好？很多視覺(jué)工程師不了解MTF,而對(duì)高端鏡頭來(lái)說(shuō)就必須用MTF來(lái)衡量光學(xué)品質(zhì)。MTF涵蓋了對(duì)比度、分辨率、空間頻率、色差等相當(dāng)豐富的信息，并且非常詳細(xì)地表達(dá)了鏡頭中心和邊緣各處的光學(xué)質(zhì)量。不僅只是工作距離、視野范圍滿足需要要求，如果邊緣的對(duì)比度不夠好，也要重新考慮是否選擇更高分辨率的鏡頭。線掃描鏡頭的主要參數(shù)2接口類型(Mount)：主要有C、M42x1、F、T2、Leica、M72x0.75等幾種，確定了之后，就可知道對(duì)應(yīng)接口的長(zhǎng)度。3焦距：

主要有35mm.60mm,80mm幾種4后背焦(FlangeDistance)后背焦指相機(jī)接口平面到芯片的距離，是一個(gè)非常重要的參數(shù)，由相機(jī)廠家根據(jù)自己的光路設(shè)計(jì)確定。不同廠家的相機(jī)，哪怕是接口一樣，也可能有不同的后背焦,在選擇線掃鏡頭需要注意相機(jī)后備焦這個(gè)參數(shù)。線掃描鏡頭的主要參數(shù)5調(diào)制傳遞函數(shù)MTF

MTF是ModulationTransferFunction（調(diào)制傳遞函數(shù)）的首字母縮寫，是描述鏡頭性能的方式之一，通過(guò)MTF曲線可評(píng)判鏡頭還原對(duì)比度的能力。

MTF定義為一定空間頻率時(shí)像面對(duì)比度與物面對(duì)比度之比，這里空間頻率用單位mm內(nèi)的線對(duì)數(shù)來(lái)表示，單位為lp/mm

MTF涵蓋了對(duì)比度、分辨率、空間頻率、色差等相當(dāng)豐富的信息，并且非常詳細(xì)地表達(dá)了鏡頭中心和邊緣各處的光學(xué)質(zhì)量。不僅只是工作距離、視野范圍滿足要求，邊緣的對(duì)比度不夠好，也要重新考慮是否選擇更高分辨率的鏡頭特種鏡頭特種鏡頭

特種鏡頭是一些在特殊情況下使用效果好的鏡頭。有紅外鏡頭、微距鏡頭、360°光學(xué)系統(tǒng)、內(nèi)側(cè)360°鏡頭等。如紅外光學(xué)器件，可以超越可見(jiàn)光范圍，用于高級(jí)光學(xué)應(yīng)用，適用于制冷和非制冷紅外相機(jī)，橫跨所有紅外光譜波段，具備大視場(chǎng)和低畸變等特點(diǎn)，主要應(yīng)用于國(guó)防，安全監(jiān)控，工業(yè)，醫(yī)療和研發(fā)在內(nèi)的多種行業(yè)，應(yīng)用包括跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)預(yù)測(cè)性維護(hù)，高溫工業(yè)過(guò)程監(jiān)控，熱成像，火焰檢測(cè)以及質(zhì)量控制和檢查。短波紅外鏡頭

短波紅外鏡頭的光學(xué)鏡片經(jīng)過(guò)特殊處理，能在SWIR波長(zhǎng)提供更好的成像效果如圖所示，專用于1”（16mm對(duì)角線）傳感器。鏡頭生成高分辨率圖像，在700nm-1900nm波長(zhǎng)范圍的透射率達(dá)到75%或更高，具體應(yīng)用包括：夜晚/白天安全設(shè)備、太陽(yáng)能電池板、半導(dǎo)體、晶片檢查、周邊監(jiān)測(cè)、機(jī)器視覺(jué)、醫(yī)療、生物識(shí)別技術(shù)、航拍、食品分揀等。普通鏡頭和短紅外鏡頭液位檢測(cè)效果

短波紅外鏡頭長(zhǎng)波紅外鏡頭

長(zhǎng)波紅外鏡頭（如圖4.18所示），可以用于電路板檢測(cè)（如圖4.19所示）、熱成像、汽車行業(yè)等。長(zhǎng)波紅外鏡頭電路板檢測(cè)微距鏡頭

專用于近距離檢測(cè)，這種鏡頭可極為高效地執(zhí)行近距離檢測(cè)任務(wù)，在分辨率和畸變控制方面有極佳的光學(xué)性能。如零畸變微距鏡頭，適用于無(wú)遠(yuǎn)心度要求的任何測(cè)量應(yīng)用，專門針對(duì)微距配置專門設(shè)計(jì)的，適用于光學(xué)組件部署空間狹小情況，它適用于拍攝小尺寸物體，可提供極高的分辨率并使畸變近乎為零，零畸變微距鏡頭是一款體積小巧，性價(jià)比高，可提供極高圖像分辨率的光學(xué)系統(tǒng)。零畸變微距鏡頭的成像效果帶有調(diào)節(jié)機(jī)制的可變微距鏡頭

可變微距鏡頭經(jīng)專門設(shè)計(jì)，適用于物體平面與光軸不垂直情況下的3D測(cè)量和成像應(yīng)用。精密的內(nèi)置調(diào)節(jié)機(jī)制使該鏡頭完全滿足Scheimpflug定律條件的光學(xué)布局，從而在斜面上拍攝出完美對(duì)焦的圖片。該鏡頭可提供較大的放大倍率和可視角度范圍。它可與任何結(jié)構(gòu)光源配合使用，從而構(gòu)建極為精確的3D成像系統(tǒng)。由于Scheimpflug調(diào)節(jié)機(jī)制可繞探測(cè)器平面的水平軸傾斜，因此即使鏡頭傾斜較大角度，也可以保證圖像的清晰度。可傾斜接口可兼容任何C接口相機(jī)。360°鏡頭

許多機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用需要完整查看物體表面，原因在于許多待檢測(cè)特征位于物體一側(cè)，并非頂部。

大部分柱狀體（如瓶子和容器）以及多種機(jī)械零件均需要檢測(cè)側(cè)表面，以便發(fā)現(xiàn)劃痕和雜質(zhì)、讀取條形碼或確保商標(biāo)正確印刷。在這些情況中，最常用的方法是使用多個(gè)相機(jī)（通常3或4個(gè))，以便獲得零件的若干側(cè)視圖以及頂視圖。由于電路或軟件必須同時(shí)處理來(lái)自不同相機(jī)的圖像，此解決方案不僅增加系統(tǒng)成本，通常還會(huì)造成系統(tǒng)性能瓶頸。在其他情況下，視覺(jué)工程師會(huì)優(yōu)先選擇線掃描相機(jī)系統(tǒng)掃描外表面。這一方法也體現(xiàn)出多項(xiàng)技術(shù)和成本劣勢(shì)：視場(chǎng)中的物體必須機(jī)械旋轉(zhuǎn)，這同樣會(huì)影響檢測(cè)速度；此外，線掃描相機(jī)需要亮度非常強(qiáng)的照明。而且，大尺寸的線探測(cè)器增加了系統(tǒng)的光學(xué)放大倍率，從而使景深減小。OPTO公司出品的360°鏡頭可以對(duì)柱狀物體側(cè)面進(jìn)行無(wú)盲區(qū)的相機(jī)拍攝。下圖是該鏡頭為易拉罐和電解電容拍攝的效果，下右邊是該鏡頭配合線掃相機(jī)拍攝的效果，圖中可以看到圓柱類的產(chǎn)品側(cè)面360°的形貌都一覽無(wú)余的展現(xiàn)在圖像中，當(dāng)然這種鏡頭也會(huì)造成圖像不同程度的畸變，是否采用這種鏡頭取決項(xiàng)目的具體技術(shù)要求，尤其能否接受這種變形。360°鏡頭360°鏡頭內(nèi)側(cè)360°鏡頭

內(nèi)側(cè)360°鏡頭能完美測(cè)量孔槽物體、空腔物體及其它容器。普通鏡頭或所謂的“針孔相機(jī)”只能拍攝視野平面，而內(nèi)孔測(cè)量?jī)x則不同，它可同時(shí)拍攝內(nèi)孔底部與垂直的側(cè)面。超廣角（>82°）與革新光學(xué)設(shè)計(jì)，使得鏡頭兼容各種直徑與厚度的物體。內(nèi)孔測(cè)量?jī)x是檢測(cè)各種筒狀、錐孔、小孔、小瓶及螺紋物體的最佳選擇。

內(nèi)360°鏡頭圖

內(nèi)孔完美對(duì)焦:內(nèi)孔的側(cè)面與底面圖像都有超高分辨率

內(nèi)孔外部檢測(cè):無(wú)需進(jìn)入小孔內(nèi)部

超強(qiáng)景深:同一鏡頭可拍攝不同形狀、大小的物體

超寬視角:只需一個(gè)視角，鏡頭可將整個(gè)內(nèi)孔展為平面內(nèi)側(cè)360°鏡頭多視角鏡頭

多視角鏡頭可拍攝一個(gè)物體側(cè)面和頂部八種不同角度的圖像。寬視角(45°)可實(shí)現(xiàn)僅利用一臺(tái)相機(jī)完成物體的側(cè)面特征檢測(cè)（例如檢測(cè)螺釘或螺母的螺紋)。物體的外壁和頂部可以同時(shí)成像，而帶孔物體的內(nèi)表面也可完全從外部進(jìn)行檢測(cè)。該系統(tǒng)可提供內(nèi)表面和外表面的組合視圖，也可拍攝同時(shí)顯示腔體內(nèi)壁和底部的圖片。除了這些獨(dú)特的功能以外，

多視角光學(xué)系統(tǒng)還可提供極佳的圖像分辨率和圖像亮度。。

多視角光學(xué)系統(tǒng)1、鏡頭的選型和視野的關(guān)系視場(chǎng)（對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度）芯片（對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度）焦距工作距離=2、常用的的鏡頭焦距8mm16mm25mm35mm50mm鏡頭經(jīng)驗(yàn)分享3、遠(yuǎn)心鏡頭如何選型兼容的CCD靶面尺寸。這一點(diǎn)跟普通鏡頭的選擇類似,要求遠(yuǎn)心鏡頭兼容的CCD靶面大于或等于配套的相機(jī)靶面,否則會(huì)造成分辨率的浪費(fèi)。接口類型。目前遠(yuǎn)心鏡頭提供的接口類型也跟普通鏡頭類似,有C口,F口等,只要跟相機(jī)配套即可使用。放大倍率,或成像范圍。當(dāng)放大倍率和CCD靶面確定時(shí),成像范圍即確定,反之亦然。工作距離。一般以上三點(diǎn)選定的情況下,工作距離已經(jīng)確定在一個(gè)范圍之內(nèi),這是其成像光路決定的