技术支持
-
平场校正技术
平场校正技术什么是平场校正？平场校正是一种用于提高数字成像质量的技术，它消除了由传感器的像素对像素灵敏度变化和光路失真而导致的图像伪像效果，通常用于像素与像素敏感度以及暗电流变化相关的校正。图为Alkeria Necta 线扫相机所演示的平场校正什么时候会用到平场校正？由于自然制造公差，每个传感器的亮度输出都有一定程度的不均匀性，每个像素对相同数量的光的反应可能不同。使用面阵相机时，图像中亮度的差异不会产生太大的影响，因为整个图像中出现的差异很小。整体图像几乎不受影响，通常对于大多数应用程序来说已经足够了。但是，当使用线扫相机时，线扫相机的传感器高度只有几个像素，这意味着任何像素产生的错误将在同一位置的每次刷新中重复。例如，产生的图像错误可能会以垂直条纹的形式发生，会对记录的图像数据产生重大影响。如何平场校正？图像的误差可以通过两个步骤来进行校正：暗信号非均匀性（DSNU）校正和光响应非均匀性（PRNU）校正。要校准 DSNU，必须在黑暗中记录参考图像，而对于 PRNU，必须用均匀的照明记录参考图像。因此，平场校正中的这两个单独的步骤分别称为暗场校正和亮场校正。平场校正的第一步：低暗噪声校正，用于尽可能降低暗信号非均匀性（也称为偏移噪声或固定模式噪声）。因此，暗场和亮场校正都是校正 DSNU 和 PRNU 的平场校正的一部分。暗场校正是最容易校准的。它只需要在图像传感器上不带照明的情况下记录参考图像。为此，需要遮盖住镜头。然后，使用偏移量对所有像素值进行标准化，就可以补偿传感器芯片的不均匀性。在第二步，即光响应非均匀性（PRNU）校正（也称为低频平场校正），由于它纠正的低频变化，通常由光路失真引起，而不是由于像素到像素在照片响应中的变化，因此校准低频校正的实际光强就不那么重要了，（通常来说保持在12.5%到90%之间的适当值即可）。使用模拟增益用于在均匀的照明条件下获取所有像素的一定目标值。由此来消除边缘的强度下降，图像显示整个宽度下的均匀亮度。平场校正优点及应用行业在平场校正后，线扫图像没有条纹和阴影，这就使得图像分析更容易、更方便、更可靠，不需要使用软件执行任何后续的校正。通常用于对光较为敏感，即非常依靠光来进行下一步判断的线扫应用，如半导体行业、医疗行业、包装行业等。
-
光学基础概念之F-Numb...
在镜头行业里，一般不常使用相对孔径的概念，而是使用相对孔径的倒数，称之为F数，也叫光圈数。记作F/-。例如，F/5.6表示F数等于5.6。即相对孔径的倒数为5.6，它表示镜头的焦距等于光圈直径的5.6倍。显然，像面接收到的光强反比于F数的平方。即 F数又称为镜头速度，F数小的镜头速度快。因为拍摄的曝光时间△t 正比于F数的平方。一、F数与分辨率的关系 F数能表征镜头的分辨率，F数越小，能分辨两点间的距离越小，即分辨率越高。因为圆孔最小衍射角为： 所以，像面上能够分辨得开的两点间的最小距离可以计算得到： 二、F数与光圈的关系 F数和光圈是一个反比关系。即F值越小，光圈越大。F值越大，光圈越小；F值越小，光圈越大。例如F1.8比F2.8光圈要大，光圈越大进光亮越多，光圈小相反，光圈大背景越虚化（如图1），光圈小背景越清(如图2)。 图1. 大光圈成像 图2. 小光圈成像 三、F数与景深的关系 通常我们说，光圈越大，景深越浅；光圈越小，景深越深。那么为什么光圈越大，景深越浅；光圈越小，景深越深呢？首先在了解光圈与景深的关系之前，我们先介绍两个概念。光线射入透镜汇聚成一点，在数学上，这个点我们称之为焦点。但是在焦点前后形成的光线的聚集和扩散，会产生一个扩大的圆，这个圆就是允许弥散圆，弥散圆仍然足够清晰呈现物体，通常我们认为这是“合焦”。因此，我们通常用允许弥散圈来作为成像清晰和成像模糊的界限。焦深：两个允许弥散圈的距离我们称之为焦深。景深的大小与焦深有着密切的联系（如图3.成像光路图）。前焦深对应着前景深，后焦深对应着后景深。所以，要知道光圈与景深的关系，必须先了解光圈与弥散圈之间的关系。 弥散圈的取决于光的波长和光圈直径。 弥散圈直径= 其中λ是光的波长，f是焦距，N是光圈直径，一般的f/N即是光圈系数F值。所以，光圈越大，弥散圈直径越小；光圈越小，弥散圈直径越大，即f数越大，景深越大；f数越小，景深越小。 如光虎视觉TTL11.5-65远心系列 TTL11.5-O5-65C镜头其有效F数为9景深为2.88mm，物方分辨率为12.08μm 满足需要大视野高景深的客户的需求，如对分辨率有更高的要求就需要选择小景深大F数镜头如TTL11.5-20-65C此镜头的放大倍率为2，其F数为13，景深为0.26其分辨率可达4.362μm，此系列镜头均满足低畸变，高远心。
-
远心镜头如何进行参数...
远心镜头如何进行参数选型 远心镜头有两种类型的远心度：物方和像方远心度（分别指入射光瞳和出射光瞳位置）。所以，远心镜头分为：物方远心镜头，像方远心镜头、双远心镜头。那么需求和合适的镜头相匹配就成为了一个重要的问题，也就是说我们该如何通过我们的需求来匹配到合适的镜头。一、影响选型的参数 那么在我们选择远心镜头时，首先应明白在什么时候需要时选择远心镜头。根据远心镜头原理特征及独特优势 当检查物体遇到以下6种情况时，最好选用远心镜头： 1）当需要检测有厚度的物体时（厚度>1/10 FOV直径）； 2）需要检测不在同一平面的物体时； 3）当不清楚物体到镜头的距离究竟是多少时； 4）当需要检测带孔径、三维的物体时； 5）当需要低畸变、图像效果亮度几乎完全一致时； 6）当缺陷只在同一方向平行照明下才能检测到时。其次选择远心镜头，要明白远心镜头相关指标对应的使用条件： 1）物方尺寸：拍摄范围。 2）像方尺寸：使用的CCD的靶面大小。考虑镜头像面和相机芯片的匹配，对于远心镜头来说一般像面越大价格越高，所以我们在选择时尽量考虑相机芯片规格和镜头像面规格一致的配合，如果镜头的像面直径大于相机芯片的对角线，那对镜头来说会产生成本浪费，和视野损失，如果镜头像面直径小于相机芯片的对角线，那么最后的成像就会有暗角、黑角的问题。 3）工作距离：物方镜头前表面距离拍摄物的距离。 4）分辨率：使用的CCD像素大小。 5）景深：镜头能成清晰像的范围。像/物倍率越大景深越小。 6）接口：远心镜头主要围绕工业相机做匹配设计的，镜头和相机的接口一般也是常规的标准接口：C接口、F接口、M42接口、M58接口等。这些接口是镜头和相机它连接在一起的物理标准，它不光对应了不同规格尺寸的卡口或螺纹对应尺寸，它还对应了标准的法兰距(相机接口端面到芯片之间的距离)，一般1.2英寸极其以下靶面芯片的工业相机以C接口为主。 7）放大倍率：光学放大倍率=CCD相机元素尺寸/视场实际尺寸 =CCD（V）或（H）尺寸/视场（V）或（H）尺寸根据使用情况（物体尺寸和需要的分辨率）选择物方尺寸合适的物方镜头和CCD或CMOS相机，同时得到像方尺寸，即可计算出放大倍率，然后根据产品列表选择合适的像方镜头。选择过程中还应注意景深指标的影响，因为像/物倍率越大景深越小，为了得到合适的景深，可能还需要重新选择镜头。 8）畸变：远心镜头通过严格的加工制造和质量检验，将此误差严格控制在0.1%以下甚至无畸变。二、镜头选型的参数计算 1、分辨率相机的传感器sensor是有许多像素点按照矩阵的形式排列而成，分辨率就是以水平方向和垂直方向的像素来表示的。分辨率越高，成像后的图像像素数就越高，图像就越清晰。常用的工业面阵相机分辨率有130万、200万、500万等；对于线阵相机而言，分辨率就是传感器水平方向上的像素数，常见有1K、2K、6K等。 在相机分辨率的选型上，要根据我们的项目需求而定，并不一定是分辨率越高就越好，分辨率高带来的图像数据量就大，后期的算法处理复杂度就高，而且一般分辨率大的相机，帧率一般都不会太高。 2、传感器尺寸传感器尺寸是以有效面积（宽x高）或以对角线大小（英寸）来表示的，常见的传感器尺寸如下：图1. 传感器尺寸传感器尺寸越大，一定程度上表示相机可容纳像素个数越多，成像的画幅越大。3、远心度（ecentricity）不同厂家的远心镜头消除透视误差的能力也有差异，这是因为远心度不同。远心度定义为主光线与光轴间的夹角θ，如图所示。图2. 远心度测量假设物体高低差d=2mm, 镜头远心度θ=0.05°，则物体位置偏移量=2mm*tan0.05°=1.7µm. 若选用普通镜头θ=15°，则物体位置偏移量=2mm*tan15°=535.9µm。因此对于非平面物体的测量应用，只有选用远心度高的远心镜头，才能很好的消除透视误差，从而减小测量误差。 4、景深景深，在光学摄影中是一个很重要参数，它的大小决定着清晰图像范围。在远心光学成像中，景深也是一个经常被提及的参数，它的大小取决于镜头倍率、光圈数、波长、像素大小、客户使用的边缘提取算法灵敏度。景深可用于测量应用，它通常比缺陷检测景深要大，图像的对比度必须尽可能高。景深非常困难用参数来定义：它取决于倍率、光圈数、波长、像素大小、客户使用的边缘提取算法的灵敏度。由于这个原因：没有客观的，也没有标准的方式来定义它：这是一个主观参数。景深=(工作光圈数*像素大小*应用程序特定参数)/（放大倍率*放大倍率）。
-
光辐射的危害及其防治
光辐射的危害及其防治 什么是光辐射 一般按辐射波长及人眼的生理视觉效应将光辐射分成三部分：紫外辐射、可见光和红外辐射。以电磁波形式或粒子（光子）形式传播的能量，它们可以用光学元件反射、成像或色散，这种能量及其传播过程称为光辐射。 光辐射的危害 近年来的光生物学研究表明，光辐射与人类健康息息相关，不管是紫外光、可见光、红外光，在照射适当的情况下，都能对人体的生理产生积极的影响。然而，在照射不足或者照射过度的情况下，光辐射带来的影响要么是可以忽略的，要么就存在潜在危害。 紫外危害 紫外辐射是指波长范围在100nm—400nm的光辐射，一般把100nm—280nm称作UVC，把280nm—315nm称作UVB，把315nm—400nm称作UVA。其中100nm—200nm的紫外辐射被大气吸收，对人类没有影响，被称为真空紫外，因此对人类有影响主要是200nm—400nm的紫外辐射。 研究表明，紫外线的有害效应主要是由于紫外线对脱氧核糖核酸（DNA）的作用造成的。最有害的效应是细胞致死，其它的效应则包括致突、致癌、干扰DNA、核糖核酸（RNA）和蛋白质的合成、细胞分裂的延迟、以及在通透性和能动性上的变化等。 就目前所知，紫外线对人体的有益效应极少（如促进人的皮肤中产生维生素D），但是紫外线能够造成的危害却很多。紫外线对眼睛的危害主要有：光致角膜炎、光致结膜炎、白内障等。紫外线对面皮肤的危害主要有：红斑（短期效应）、皮肤癌（长期效应）。 蓝光危害 随着时间推移，脂褐质在视网膜色素上皮细胞的积聚将使视网膜更容易受到长时间光照的损伤。研究表明，对由于遗传、营养、环境、习惯、年龄等因素而有上述视网膜斑点问题的人群，蓝光特别有害。尽管波长较短的UVA和UVB被角膜和晶状体吸收，但是研究发现，紫外到蓝光波段的光辐射都能造成此类危害。 可见与红外危害 电磁波可见部分的波长范围约在380nm到780nm之间，在这个范围内的各种波长，都可凭眼睛的颜色感觉来加以区别。蓝色和紫色属于短波，红色属于长波，黄色和绿色处于可见波长范围的中间，也是人眼最敏感的区域。可见光的最重要的效应就是我们的视觉，视觉是将光能转化为电能或者神经冲动的过程，它的光化学反应就是光物理与光异构化作用。视觉是人类最重要的知觉功能，人类接收的外界信息中的百分之八十到九十来自视觉，可见光使我们能够感觉、认识、记忆这个世界，使我们能够维持我们的方位。可见与红外部分的光辐射危害主要有：灼伤、红斑效应、白内障等。 此外高强度的光源光辐射也能对人体造成损伤，如直视激光会引起黄斑烧伤，会造成不能恢复的视力减退，这种伤害是生理性的，往往不能修复。 光辐射危害的防治 起初为了防止激光对人体产生危害，建立了IEC/EN 60825激光安全标准，将激光安全等级分为6类安全等级。如今各种光源越来越普及，为了保护人们免受光辐射造成的伤害和失明，人们制定了IEC/EN 62471标准，目的是为了评估与不同灯和灯系统相关的光辐射危害，并全面取代IEC/EN 60825标准中关于LED产品能量等级的要求，增加了光生物方面的要求，其中包括辐射强度、辐射亮度等并根据测试数据对产品进行危害分级。例如美国Smar Vision Lights遵守IEC/EN 62471标准生产的光源，在保证多波长的基础上（365nm、395nm、470nm、505nm、530nm、625nm、850nm、940nm及白光），可确保光源产生的光辐射对人体无危害。 根据EN 62471:2008规定，按照光辐射来源的潜在光生物学危害性，将光辐射来源划分为不同风险组。分组是通过风险评估来实现的，而风险评估是根据从制造商获得的信息对单个部件或成品进行的。若光辐射来源被划分到“安全”组或“低风险”组，则不需要对工作场所进行详细评估，因为并不存在光生物学安全隐患问题。按照危害性，根据放射限制以及危害超标前的允许接触时长，将光辐射来源划分为以下四组： 风险组判断基础安全组无光生物学危害 低风险组正常操作情况下无光生物学危害 中风险组由于对强光或热度不适有保护性反应，不会造成危害 高风险组即使是短暂接触也有危险 >>光虎光电科技（天津）有限公司<< >>公司网址：www.optiger.com.cn<<
-
光度立体技术及其应用
光度立体技术及其应用随着计算机视觉理论的逐渐成熟，从图像中获取物体表面的三维信息的算法己经达到了实际应用的阶段。立体视觉技术、Shape From X技术、光度立体技术（Photometric Stereo）等一系列图形算法可以自动从单幅或多幅真实物体照片中提取出其三维结构的信息，而这些技术实施简便，设备易于获取，核心部件仅需一台数码相机即可。所以，通过应用计算机视觉理论，从真实物体的照片中重建物体的三维结构的技术是目前得到真实物体3D模型的比较廉价的手段。光度立体法光度立体法是SFS（Shape From Shading）阴影恢复形状方法的一个分支，与SFS不同的是，光度立体法使用多幅图像来还原物体表面的三维结构，它要求物体和摄像机的相对位置不变，然后使用不同方向的光源照射物体，从而产生不同的明暗效果。由于有多幅不同的光源下的图像，计算物体表面的向量场就相对容易了许多，而且不受物体表面反射系数的影响。光度立体技术的优点测量任何给定像素的高度不是光度立体技术的主要考虑因素。相反，该技术通过使用3D表面取向及其对反射光的影响产生对比度图像，突出局部3D表面变化。使用传统的2D成像时，显示的变化可能是不可见的。当使用光度立体技术时，不需要知道测试对象和相机之间的精确3D关系，也不必使用两个相机来捕获3D数据。而是使用具有多个照明源的单个相机系统。通过在不同光照条件下观察物体，计算其表面。该方法是利用表面相对于光源，从传感器观察到的表面反射的光量来进行计算的。由于光度立体算法的出现，人们越来越意识到良好的照明以及低成本的多光解决方案是机器视觉成功的关键，例如Smart Vision Lights的LED灯管理器（LLM）（允许通过以下方式控制四个灯）基于浏览器的简单界面，成本低于帧抓取器或智能相机分线盒，光度立体学在工业中的应用越来越受到关注，其独特优点使得许多以前难以或不可能解决的常见工业检测应用成为可能。 光度立体技术的应用轮胎和夹子例如，无论零件是卡车轮胎还是汽车夹，在零件上读取凸起的字母对于机器视觉系统来说总是有问题的。在这个例子中，塑料连接器表面具有多种特征，以及数字"2"和方向符号。从组成图像中可以看到，包含剪辑的材料和凸起的字母之间没有区别，因此没有对比度。在较大的物体（如轮胎）上，通常使用激光三角测量系统创建 3D 曲面图。用于 3D 测量的激光扫描系统已变得更加集成和有效，但仍是成本高昂的解决方案，并且通常要求对象在检查过程中移动，从而增加了自动化解决方案的成本和复杂性。在这些照片中，黑色塑料夹由位于轮胎周边 90 度、180 度、270 度和 360 度的线性微型 （LM） LED 灯照亮，并由 LED 灯管理器 （LLM） 控制。当相机触发每次曝光时，LLM 会从不同的方向触发光线。相机将每个图像导入带有光度立体算法的 PC 中，该算法从每个图像中获得最佳像素，并将它们组合成一个合成图。（图片由Matrox Imaging提供）合成皮革穿孔在这个例子中，显示了四张合成皮革材料的图片。人造革，与其模仿的有机材料类似，具有相当大的表面纹理。人眼几乎不可能在整个图像上可视化100％的表面纹理。
-
【视觉知识】液态镜头...
液态镜头技术液态镜头是在工业领域迅速普及的一项新技术，在多种应用中它们比传统镜头具有许多优势。实际上，正是它们的多功能性和灵活性成为成功采用它们的主要动力。但是什么是液态镜头技术？它是如何工作的？它的作用是什么？液态镜头用于卓越的自动对焦对于数字图片，精确控制焦点是获得高质量图像的唯一方法。图像的主体必须非常清晰，而背景的其余部分则更加模糊。自动对焦功能是拍摄优质照片的核心，而液态镜头为自动对焦带来了全新的功能。液态镜头可用于多种应用，例如：l 数码摄影l 工业数据采集l 条形码读取（一维和二维）l 生物特征数据采集本质上，液态镜头可用于物距变化很大，需要快速自动对焦的任何应用。液态镜头如何工作？液态镜头采用电润湿工艺来实现卓越的自动聚焦功能。透镜本身是一个内部装有水和油的密封电池。电润湿过程可将油滴快速准确地塑造成有效的镜片。该过程是连续的，可逆的，并且对于大小聚焦步骤都同样快速。液态镜头改变其形状的速度似乎很神奇，但实际上是非常科学的。如果将一滴液体放置在疏水表面（排斥液体的表面）上，则液体中的分子将结合在一起并形成珠子，因为它们被表面的疏水性所排斥。当向该液体和疏水性阻挡层另一侧的另一种导电材料（如铝）施加电场时，液体会静电吸附到铝上。组成液体的分子在试图到达铝时会散开，导致水滴急剧改变形状。此过程称为电润湿，它是液态镜头的重要基础。施加的电场越强，液体对导电材料的吸引力就越大。这意味着水将尽其所能地越过障碍物传播到更远的范围，从而进一步扩散。通过改变用电量，可以迫使液体采取多种形状。如果将这种液体用作透镜，则其变成不同形状时将具有不同的焦距，从而可以大大改变传感器拍摄的图像。为什么要使用液态镜头技术？液态镜头的主要优点是其灵活性，可以同时用于多种不同的应用。这在不同尺寸物体的大批量生产环境中尤其有用。例如，一家制药公司可能对不同类型的胶囊、药丸、凝胶片等使用机器视觉检查。对于传统的镜头，将需要设置多个图像系统来检查每种产品，或者一个图像系统必须焦点深度不断变化。使用液态镜头，一个图像系统可以完成多个图像系统的工作，可以在图像系统中编程不同的物距，从而无需停止生产来更改焦深或设置多个不同的图像系统。液态镜头技术在很大程度上得益于其提供的灵活性，在工业领域已迅速普及。液体透镜非常适合广泛的应用，甚至可以提供比许多机械选件更高的图像质量。【来源：光虎视觉内部培训资料】
-
图像畸变的产生及消除...
图像畸变的产生及消除畸变的方法什么是图像畸变？畸变作为光学系统中经常提到的一个参数，是限制光学量测准确性的重要因素之一。它是光学系统对物体所成的像相对于物体本身而言的失真程度，只引起像的变形，对像的清晰度并无影响。对于理想光学系统，在一对共轭的物像平面上，放大率是常数。但是对于实际的光学系统，仅当视场较小时具有这一性质，而当视场较大或很大时，像的放大率就要随视场而异，这样就会使像相对于物体失去相似性。这种使像变形的成像缺陷称为畸变。畸变定义为实际像高与理想像高差，而在实际应用中经常将其与理想像高之比的百分数来表示畸变，称为相对畸变，即常见的畸变类型桶形畸变：在桶形畸变中，图像放大率随与光轴的距离而减小，体现在图像呈球体（或桶）周围映射的效果。鱼眼镜头具有半球形的视角，它利用这种变形来将无限宽的物平面映射到有限的图像区域。在变焦镜头中，桶形畸变出现在镜头焦距范围的中间，而在该范围的广角端最严重。枕形畸变：在枕形畸变中，图像放大率随距光轴距离的增加而增加。可见的效果是，未穿过图像中心的线像枕形一样向内弯曲，朝向图像中心。机器视觉中的图像畸变图像畸变带来的影响光虎视觉认为许多检测应用需要非常精确的测量，尽管通过亚像素插值的软件算法可以提供非常精细的测量结果，但是如果创建的图像有任何变形，它们也无法提供准确或可重复的结果。所以，选择合适的光学器件是测量系统能否成功的关键。幸运的是，运用一些光学原理，可以使用双远心镜头，该类镜头可以克服物体位置的变化、物体上的高度差以及其他可能导致软件处理不正确的图像信息的问题。所以合理使用双远心镜头可以很好的解决图像的畸变问题。远心的重要性透视误差，也称为视差，是我们日常体验的一部分。实际上，视差是使得大脑解释3D世界的原因。距离我们较近的物体看起来相对较大，举个简单的例子：想象某人站在一组铁轨，紧挨着它们的前面，两根铁轨相距不远，看似平行。当朝地平线看去时，这些平行的轨道似乎会聚在一起。我们知道它们实际上并没有在远处的某个地方聚集在一起，否则火车会飞离轨道，但是这种感知方式至关重要。在常规成像系统中也存在该现象，其中物体的感知尺寸（其放大率）随着其距透镜的距离而变化。双远心镜头在光学上可以纠正这种情况，因此在镜头所定义的范围内，无论距离如何，物体都保持相同的感知大小。在铁轨的示例中，双远心镜头会使铁轨看起来相距相同的距离，而不管它们是在镜头的前面还是在地平线上。双远心镜头的优势光虎视觉认为对于许多应用，都需要双远心，因为它在一定的工作距离范围内提供近乎恒定的放大倍率，实际上消除了视角误差。这意味着对象移动不会影响图像放大率。在具有双远心的光学系统中，物体离近或远离镜头不会导致图像变大或变小。此外，沿光轴方向具有深度范围的对象不会出现倾斜。例如，圆柱的轴平行于光轴的圆柱物体在远心镜头的像平面中看起来是圆形的。在非远心镜头中，同一物体看起来顶部是椭圆形的，而不是圆形的，并且侧面是可见的。值得一提的是，在具有双远心的光学系统中，聚焦或故意散焦的图像平面运动不会改变图像大小。双远心镜头的另一个优点是，它可以提供极其均匀的图像平面照明。双远心镜头在大多数情况下可以提供当今市场上最低的失真水平（畸变），这大大的提高了它们提供可靠的视觉系统的能力。随着当今机器视觉系统的需求不断增长，选择正确的光学组件比以往任何时候都更加重要。光学系统是调节图像以进行分析的关键部分，因此不应忽视。每当需要进行关键测量时，都需要考虑使用双远心镜头来产生能够真正提供所需结果的系统。【来源：光虎视觉内部培训资料】
-
像方远心、物方远心、...
像方远心、物方远心、双远心镜头的区别 工业镜头是机器视觉系统中十分重要的成像元件，系统若想完全发挥其作用，工业镜头必须能够满足要求才行。随着机器视觉系统在精密测量领域的广泛应用，普通工业镜头难以满足要求，而远心镜头应运而生。 远心镜头主要为矫正传统工业镜头视差而设计，它可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不变，从而弥补普通工业镜头“远大近小”的视觉效果，满足精密测量的要求。远心镜头按设计原理可分为：像方远心光路、物方远心光路和双侧远心光路。 --------------光路原理 1）像方远心光路 像方远心光路的光路图下图。它是将孔径光阑放置在物方焦平面上，像方主光线平行于光轴主光线的会聚中心位于像方无穷远。这种镜头的特点是放大倍率与像距无关，可以消除像方调焦不准引入的测量误差。 2）物方远心光路 物方远心光路的光路图如下图。它是将孔径光阑放置在光学系统的像方焦平面上，物方主光线平行于光轴主光线的会聚中心位于物方无限远。这种镜头的特点是在合理的活动范围内，物体的放大倍率与物距无关。即使物距发生改变，像高也并不会发生改变，即测得的物体尺寸不会变化。根据这个原理设计出来的镜头成为物方远心镜头，简称远心镜头。 3）双侧远心光路 双侧远心光路就是我们常说的双远心光路，光路图如下图。它综合了像方远心和物方远心的双重优点，在景深范围内，物体离得远近或者相机离得远近，都不会影响到成像系统的放大倍数，即像不随物距和相距的变化而变化。根据双侧远心光路设计出来的镜头成为双远心镜头。 镜头原型 正所谓“弱水三千，只取一瓢饮”。在远心镜头选型过程中，需要我们根据实际情况，从百万只镜头中，挑选出最适合我们的那一个。在了解了远心镜头的光路原理之后，让我们来康康镜头参数的含义吧！（1）物方远心镜头 前面提到，物方远心镜头简称为远心镜头。远心镜头常用参数包括倍率、工作距离、物方分辨率、景深、数值孔径NA等。在众多参数中，可能会让大家困惑的参数，应该是数值孔径NA了吧。 远心镜头中提到的数值孔径NA指像方数值孔径，数值孔径NA值越大，镜头分辨率和亮度越佳。数值孔径NA与物方分辨率的对应关系为： 物方分辨率=，λ为测试光波长。一般远心镜头参数中，也会给出镜头可匹配的像元大小。如果参数中并没有给出镜头的良配怎么办呢？不慌，不慌，一个公式解决烦恼：匹配相机像元尺寸=物方分辨率*镜头倍率。 （2）双远心镜头 双远心镜头常用参数相对于远心镜头来说更容易理解。它包括倍率、物方分辨率、工作距离、景深、远心度等。在这些参数中，各参数的对应关系与远心镜头的对应关系相一致。需要特别解释一下的，应该只有远心度了。它是评价远心镜头和双远心镜头好坏的重要参数之一。 远心度是指主光线偏离光轴的角度。角度越小，远心度越好，镜头的倍率误差越小。在测量过程中的表现为：在景深范围内，保证不同工作距下，物体的放大率是一样的。它是弥补普通工业镜头“远大近小”这一弊端的重要因素。 -------------双远心镜头优势远心镜头和双远心镜头常用于精密测量领域。在解释完他们的光路原理和参数意义后，大家有没有困惑，远心镜头和双远心镜头在景深范围内，工作距离都不会影响成像倍率，且畸变值都很小。那在选型过程中，如何取舍呢？双远心镜头当然是靠实力取胜啦。 双远心镜头相对于远心镜头景深更大。当其他参数相同的情况下，双远心镜头的工作范围比远心镜头的工作范围要大，可观测的范围更广。当我们需要观测的物体高度差比较大时，可以优先考虑双远心镜头。 双远心镜头相对于远心镜头远心度也更高。在精密测量的选型过程中，如果对观测物体精度要求很高时，双远心镜头会是一个更好的选择。 >>光虎光电科技（天津）有限公司<< >>公司网址：www.optiger.com.cn<<
-
3D无序抓取
什么是3D无序抓取？3D无序抓取就是利用3D成像系统对工件表面进行感知和分析，计算得到物体的实时空间坐标和姿态，无需示教即可无缝驱动机械臂可被广泛应用于料框堆叠工件的识别/无序抓取等多种需求。针对料框中散乱工件的上下料技术难点及机器代替人工的趋势，3D视觉引导定位机器人无序抓取系统解决方案采用3D相机进行三维数据的采集、匹配、识别，并将最合适抓取工件的坐标转换为机器人坐标，机器人根据限定条件进行最优路径规划完成散乱工件的抓取，最终实现无序抓取的整个流程。为什么要使用3D无序抓取？在工业上，机器人完成重复性工作已经很常见了，但是无序的应用环境则要复杂得多。这就意味着机器人无法依靠设定好的程序继续执行工作，而是需要对环境进行感知、分析，从而再做出判断。在没有应用3D视觉之前，杂乱无章的工作任务通常是用传统的工装实现定位的。这种方式无法满足不同产品使用一个工装定位的问题。随着电子行业的兴起，工业生产中无序类的应用需求越来越多。为了解决这个问题，3D视觉就成为了最佳的选择。专门针对散乱堆放的工件设计，来高效地完成3D智能抓取，来替代传统的工装夹具。3D无序抓取在实际工业中的使用使用3D无序抓取命令，可以做到：检测任何物体的每个位置和形状；在盒子中检测未分类的零件，用机器人将他们捡起来并送入生产机器；将盒子中每个检测到的零件的位置发送给机器人。通过3D匹配，可以只用1个3D传感器来配置之前的任何对象的形状和位置。因此，可以用来无序抓取复杂形状的零件。在这些方向上3D无序抓取也得到了应用：>> 多品种工件的机器人3D定位抓取上料>> 料框堆叠物体3D识别定位>> 复杂多面工件的柔性化3D定位抓取>> 大型物体3D定位抓取>> 工件的无序来料3D定位>> 多工序间机器人协作3D定位抓取>> 输送带上物体的快速3D定位抓取>> 喷涂机器人来料3D识别定位>> 大型设备的机器人装配3D定位3D无序抓取现状及未来发展从生产和环境适应性的角度来讲，未来几年的发展方向对3D视觉有着更广泛的需求。这要求3D相机能够通过对工件3D数据的扫描，帮助机器人快速准确的找到被测零件并确认其位置，引导机械手准确抓取定位工件，从而实现工业机器人自动化生产线的柔性工装。而在应用拓展方面，除了智能抓取，当前，机器人3D视觉在自动化焊接、自动化切割、自动化装配、自动化码垛等方面也有广泛应用。【来源：光虎视觉内部培训资料】
-
自动对焦技术
什么是自动对焦？ 自动对焦指的是能够根据被测物与视觉系统之间的距离，来自动调整镜头焦距以保持影像清晰。是利用物体光反射的原理，相机上的传感器接收反射的光，通过计算机进行处理，带动电动对焦装置进行对焦。自动对焦技术通常分为两类：主动式和被动式。 主动式 指的是相机上的红外线发生器、超声波发生器发出红外光或超声波到被测物。相机上的接收器接收反射回来的红外光或超声波进行对焦，其光学原理类似三角测距对焦法，即测距自动对焦。 被动式 即直接接收并分析来自被测物自身的反光，进行自动对焦的方式。这种自动对焦方式的优点是自身不需要一个发射系统，因而耗能少，对具有一定亮度的被测物有较为理想的自动对焦。通常为聚焦检测自动对焦。一般来说，工业上进行使用多数为被动式自动对焦。 如何进行自动对焦？ 配备有自动对焦功能的相机，通常使用软件搭配液态镜头来调整焦距，从而达到聚焦清晰的效果。 只有在需要对焦的区域中需要达到最佳聚焦点时才会有作用，然后会停止自动对焦的动作。这就是通过接收来自被测物自身反射的信息，进行图像数据分析，从而达到控制液态镜头，改变焦距的效果。 如何判断最佳聚焦点？ 有不同的方法来测量图像的清晰度，依据两个基本原理。第一个原理是图像的边缘清晰度。也就是在实际获取的图像中，搜索相邻像素之间的大的灰度值的跳跃，来突出显示边缘或者轮廓。这些边缘轮廓的对比度则用来决定图像的锐利度。边缘图像越清晰，原始图像的清晰度越高。（具体可以参考图像在时域和频域的转换中的高频部分）。 第二个原理是基于图像直方图的值的分析。可以用来计算图像的平均灰度值的像素值的变化量。方差越大，现有的灰度值边缘和图像的对比度就越高。如果图像变得不聚焦，那么之前的灰度值跳跃大的边缘就会呈现斜坡形式的梯度，导致图像的对比度降低。也就是说，图像越清晰，灰度扩散越高，图像中的对比度也就越高，图像也越清晰。 在使用自动对焦，焦距在改变过程中，图像的锐利度和方差是会实时改变的，通过软件进行图像锐利度以及方差的分析处理，达到一个效果显著的清晰图像。 自动对焦技术的优势在哪？ 自动对焦技术使用液态镜头来实现，与传统透镜有所不同，液体镜头是一种使用一种或多种液体制成的无机械连接的光学元件，可以通过外部控制改变光学元件的内部参数，有着传统光学透镜无法比拟的性能。简单来说就是透镜的介质由玻璃变为液体。更准确地来说就是一种动态调整透镜折射率或通过改变其表面形状来改变焦距的新型光学元件。 就像利用玻璃制成的传统光学镜头一样，液体镜头也属于单体光学元件，但其材质是可以改变形状的光学液态材料。玻璃镜头焦距取决于其材质和曲率半径。液态镜头也遵从相同的基本原理，但其独特之处在于可以改变曲率半径，从而改变焦距。这种半径变化采用电控方式，能够实现毫秒级的变化。生产厂家利用从电润湿到形变聚合物再到声光调节等各种技术，控制液态镜头曲率半径和折射率。 大多数成像镜头都是多元件镜头，单光学镜头的成像性能难以满足需要。因此只使用液态镜头是不明智的。但在多元件设计中结合使用液态镜头和成像镜头，就可以发挥液态镜头的速度和灵活性优势。液态镜头能够以毫秒级的反应时间在近距离或光学无穷远对焦，这对于条码读取、包装分类、安保和快速自动化等需要在多个位置进行对焦的应用来说是一种理想选择，这些被检测物体要么尺寸不同，要么与镜头之间的距离不同。在需要快速对焦的各种应用中，可以利用液态镜头提高成像系统灵活性。 【来源：光虎视觉内部培训资料】
-
CXP2.0与5、10、25Gig...
CoaXPress2.0 CoaXPress是专业和工业成像应用（例如机器视觉、医学成像、生命科学、广播和国防）的全球最快标准。它是一种不对称的点对点串行通信标准，可通过单根或多根同轴电缆传输视频和静止图像，CXP 1.1相机已经面世了十年，它具有用于视频、图像和数据的每条电缆高达6.25 Gbps的高速下行链路特点，其使用的标准连接器为75ΩBNC和DIN1.0/2.3；目前CXP1.1引入的单个通道最大传输速度为6.25Gbps，对于CXP-10，CXP 2.0将其提高到10 Gbps，对于CXP-12，CXP2.0将其提高到12.5 Gbps。 作为CXP协议的制定商之一的Active Silicon，CXP-12采集卡上行速度提高一倍，达到42Mbps，因此现在可以实现超过500kHz的触发速率。实时触发是CoaXPress众所周知的优势，并且是许多工业检测系统中的关键功能，值得注意的是，CXP-12采集卡首选的连接器是Micro-BNC，也称为HD-BNC，使用更小的连接器能合并到更紧凑的硬件中；CXP2.0协议引入了多目标功能，因此可以将数据从单个摄像机输出到位于不同PC上的多个图像采集卡。 该标准的未来版本有望包括对GenDC的正式支持，与预期的光接口的兼容性以及对串行通信的支持。速度可能会随着技术的发展而提升。 5GigE IEEE 802.3bz-2016的发布旨在为双绞线以太网连接提供增强的标准，速度为2.5和5 Gbps。获得了当前1 Gb和10 Gb以太网标准之间的中间速度。产生的标准称为2.5GBase-T和5GBase-T，或2.5和5 GigE Vision。可通过标准的at5eC电缆以高达5 Gbps的速度传输，提供更大的灵活性。使用普通的铜双绞线，该技术可以将数据传输容量提高到100米，而铜双绞线往往是传统系统中的标准配置。 2.5G超过100米Cat5e(D类)非屏蔽双绞线铜缆 5Gb/s超过100米Cat5e(D类)非屏蔽双绞线铜缆 5Gb/s超过100米Cat6(E类)非屏蔽双绞线铜电缆 10GigE 10GigE(万兆以太网)，一种以太网的传输标准，最初在2002年通过，成为 IEEE Std 802.3ae-2002。它规范了以 10 Gbit/s 的速率来传输的以太网，因为速率是1GigE以太网的十倍，因此得名。 10GBase-T连接中使用的标准铜缆（Cat6，Cat6a和Cat7）支持的最大长度为100 m，这取决于所用电缆的类型。但是，Cat6电缆最多只能使用55 m的长度，Cat6a或Cat7电缆的距离更长；光纤电缆可提供更长距离的传输，但需要转换器来生成光信号和NIC卡中的光接收器，支持以太网供电（PoE）和同一根电缆。 25GigE 千兆以太网视觉发布于2006年，传输距离高达100m。当摄像头为低分辨率甚至现在使用中分辨率摄像头（例如12Mpx）和低帧速率要求时，这种方法就可以工作。现在，为了获得更高的分辨率并支持更高的帧速率（即更高的带宽），业界开始采用5、10和25 GigE视觉，这比原始GigE Vision接口快5、10和25倍。直到长度为25GigE的点式光缆接管为止，电缆的长度都会有所妥协。某些PC支持新的速度，但是实际上任何现代PC都可以添加相对便宜的网络接口卡（NIC），能实现更高的速度。 25GigE SFP28接口提供了三个选项，可以满足所有应用的电缆长度要求。第一种选择是使用SFP28多模光纤模块/收发器和LC-LC多模光纤电缆，电缆长度从1M到70M。第二种选择使用SFP28单模光纤模块/收发器和LC-LC单模光纤电缆，电缆长度范围从1M到10KM。第三种选择是使用低成本直接连接来连接1至5米之间的电缆。相比于CXP连接器，25 GigE的连接器硕大无比。 【来源：光虎视觉内部培训资料】
-
相机标定的理解及原理...
世界平面测量与校正 与观察和检查平面（平坦）表面或放置在此类表面（例如传送带）上的物体有关的视觉系统可以利用Adaptive Vision Studio的图像到世界平面转换机制，该机制可以： 从原始图像上的位置计算现实世界的坐标。例如，这对于与外部设备（例如工业机器人）的互操作性至关重要。假设在图像上检测到对象，并且需要将其位置传输到机器人。检测到的对象位置以图像坐标给出，但是机器人在现实世界中使用不同的坐标系进行操作，需要一个由世界平面定义的通用坐标系。 将图像校正到世界平面上。当使用原始图像进行图像分析不可行时（由于高度的镜头和/或透视失真），这是必需的。对校正图像执行的分析结果也可以转换为由世界平面坐标系定义的真实坐标。另一个用例是将所有摄像机的图像校正到公共世界平面上的多摄像机系统校正，从而在这些校正后的图像之间提供简单且定义明确的关系，从而可以轻松叠加或拼接。 下图显示了图像坐标系。图像坐标以像素表示，原点（0,0）对应于图像的左上角。X轴从图像的左边缘开始，并向右边缘。Y轴从图像的顶部开始向图像的底部开始。所有图像像素都具有非负坐标。 图像坐标中的方向和像素位置 这个世界平面是一个特殊的平面，在真实的三维世界中定义。它可以任意放置在相机上，有一个定义的原点和XY轴。 下面的图像显示了世界平面。第一幅图像呈现原始图像，这是由一个尚未安装在感兴趣物体上方的相机拍摄的。第二个图像显示的是世界平面，它已与物体所在的表面对齐。这允许从原始图像上的像素位置计算世界坐标，或者进行图像校正，如下一幅图像所示。 不完全定位的相机捕获的感兴趣对象 世界平面坐标系叠加在原始图像上 图像到世界平面坐标的计算 图像校正，在世界坐标下，将从点(0，0)到(5，5)的区域裁剪 如何实现相机标定？ 使用针孔相机模型 滤波器通过有效地最小化RMS重投影误差（图像上观察到的网格点之间的平均平方距离的平方根），从一组平面校准网格中估计摄像机的固有参数-焦距，主点位置和畸变系数，使用估计的参数（即网格姿态和相机参数）将关联的网格坐标投影到图像平面上。如果至少一个校准网格不垂直于相机的光轴，则可以通过滤镜计算焦距。或者，可以通过inFocalLength将焦距设置为固定值。inFocalLength以像素为单位测量，可以通过传感器和镜头参数计算得出： 其中f_pix焦距测量为像素，f_镜头焦距测量为毫米，pp-传感器像素间距测量为每像素毫米，d-摄像机结合或/和图像缩小因子。 InFocalLength也可以从视角获得，对于水平情况，适用以下公式： 其中f_pix焦距以像素为单位，w-图像宽度，α-水平视角 支持一些失真模型类型。最简单的部门支持大多数用例，即使校准数据稀疏也具有可预测的行为。高阶模型可能更准确，但是它们需要更大的高质量校准点数据集，通常需要在低于0.1 pix的整个图像量级上实现高水平的位置精度。当然，这只是经验法则，因为每个镜头都不同，并且有例外。 失真模型类型与OpenCV兼容，并使用标准化图像坐标用方程表示： 分部失真模型 多项式失真模型 多项式--薄棱镜畸变模型其中，x’和y’不失真，x”和y”是失真的归一化图像坐标。 相机模型可直接用于获取未失真的图像（该图像将由具有相同基本参数的相机拍摄，但不存在镜头失真），但是在大多数情况下，相机校准只是某些条件的先决条件其他操作。例如，当使用照相机检查平面（或放置在该表面上的物体）时，需要照相机模型来执行世界平面校准 一组用于基本校准的栅格图像 使用OUT ReprojectionErrorSegments用于识别图像点及其网格坐标的不良关联。 InImageGrids-两分交换校准网格的提取 相机校准和图像到世界平面的转换计算均使用具有网格索引的图像点阵列形式的提取的校准网格，即带注释的点。 网格的实际坐标是2D，因为平面网格上任何点的相对坐标都是0。 Adaptive Vision Studio为几种标准网格格式提供了提取过滤器（例如DetectCalibrationGrid_Chessboard和DetectCalibrationGrid Circles）。 获得高精度结果的最重要因素是提取的校准点的精度和准确性。校准网格应尽可能平坦且坚硬（纸板不是合适的支撑材料，厚玻璃是完美的选择）。拍摄校准图像时，请注意适当的条件：通过适当的相机和栅格安装座最大程度地减少运动模糊，防止来自校准表面的反射（最好使用漫射照明）。使用自定义校准网格时，请确保点提取器可以达到亚像素精度。验证真实网格坐标的测量结果是否准确。另外，使用棋盘格校准格时，请确保整个校准格在图像中可见。否则，将不会检测到它，因为检测算法需要在棋盘周围有几个像素宽的空白区域。请注意列数和行数，因为提供误导性数据可能会使算法无法正常工作或根本无法工作。 使用圆点标定板的图片示例： 使用棋盘标定版的图片示例，只需要拍摄标定板的图片，并通过ImageObjectsToWorldPlane：Points过滤器模块，输入棋盘格的尺寸以及棋盘格所对应的像素，即可实现相机标定以及畸变校正。 再输入棋盘格每个方形格的实际尺寸，即可实现世界坐标转换图像坐标。 【来源：光虎视觉内部培训资料】
-
微信服务号
-
手机站
-
光虎光学抖音
