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機器視覺(jué)的關(guān)鍵之一是選擇合適的鏡頭

2023-06-09
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鏡頭的選擇過(guò)程是將鏡頭各項參數逐步明確的過(guò)程。作為成像器件,鏡頭通常與光源和相機構成一個(gè)完整的圖像采集系統。因此,鏡頭選擇必須滿(mǎn)足整個(gè)系統的要求。通??梢詮囊韵聨讉€(gè)方面進(jìn)行分析和考慮。

一、重點(diǎn)在于波長(cháng)和變焦的選擇。

確定鏡頭的工作波長(cháng)和是否需要變焦是比較容易的。在成像過(guò)程中,如果需要改變放大倍率,則需要使用變焦鏡頭,否則只需使用定焦鏡頭即可。

在確定鏡頭的工作波長(cháng)時(shí),通常使用可見(jiàn)光波段,但也可以使用其他波段。是否需要采取濾光措施,要根據情況而定。同時(shí),考慮到雜散光的影響,需要選擇單色光或者多色光。在綜合考慮這些因素之后,再確定鏡頭的工作波長(cháng)。

二、優(yōu)先考慮特殊要求。

為了應對實(shí)際應用中的特殊需求,先要明確這些需求,比如是否需要測量功能、是否需要使用遠心鏡頭,以及成像景深是否很大等等。景深通常不被重視,但這卻是任何成像系統都必須考慮的因素。

三、工作距離和焦距

通常情況下,工作距離和焦距是聯(lián)合考慮的。為了推導出鏡頭的焦距,可以先明確系統的分辨率,然后再結合CCD像素尺寸,就可以知道放大倍率,接著(zhù)借助對空間結構的約束條件,推算出大致的物像距離,并終估算出鏡頭的焦距。因此,鏡頭的焦距與其工作距離、系統分辨率(以及CCD像素尺寸)之間有著(zhù)密切的聯(lián)系。

四、面積大小和圖像質(zhì)量

選擇鏡頭時(shí)應注意其像面大小和相機感光面大小要相兼容,遵循“大的兼容小的”的原則。相機感光面不可超出鏡頭標示的像面尺寸,否則會(huì )導致邊緣視場(chǎng)的像質(zhì)不佳。在關(guān)注像質(zhì)要求時(shí),主要要考慮MTF和畸變。特別是在測量應用中,應更加注重畸變問(wèn)題。

光圈和接口

在攝影中,光圈大小對像面亮度有著(zhù)重要的影響。而在現代機器視覺(jué)技術(shù)中,圖像亮度卻由多個(gè)因素共同決定,如光圈、相機增益、積分時(shí)間、光源等等。因此,為了獲得必要的圖像亮度,有很多方面需要調整。另外,鏡頭的接口也非常關(guān)鍵,需要與相機匹配,如果不能直接匹配,則需要考慮使用轉接器。

六、攝影鏡頭還有其他的類(lèi)型:

線(xiàn)陣鏡頭是與線(xiàn)陣相機配套使用的一種鏡頭。它采用掃描式的工作方式,要求鏡頭與目標之間存在相對運動(dòng)。每次曝光時(shí),線(xiàn)陣鏡頭只能成像一條線(xiàn),通過(guò)多次曝光將這些線(xiàn)組合成一幅完整的圖像。線(xiàn)陣掃描成像的特點(diǎn)在于,CCD線(xiàn)陣的圖像分辨率在方向上是固定的,而在目標運動(dòng)方向上的空間采樣頻率則取決于目標的相對速度。

從成像的角度來(lái)看,線(xiàn)性陣列鏡頭和其他類(lèi)型的鏡頭在本質(zhì)上并沒(méi)有太大差異,只是它們的使用方式稍稍不同而已。

顯微鏡鏡頭一般用于高分辨率的場(chǎng)合,以便觀(guān)測目標的細節特征。其基本特點(diǎn)是工作距離短,放大倍率高,視場(chǎng)相對較小。

遠心鏡頭指的是物方主光線(xiàn)平行于光軸主光線(xiàn)的會(huì )聚中心位于物方無(wú)限遠的光路系統。其作用在于消除了由于焦距調節不準確而導致的測量誤差。


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