機(jī)器視覺中的光學(xué)知識(shí)

機(jī)器視覺系統(tǒng)非常復(fù)雜。即使在最簡單的系統(tǒng)中,硬件和軟件也可以協(xié)同工作以產(chǎn)生結(jié)果。盡管有許多重要組成部分,但其中一個(gè)突出:鏡頭。

如果沒有光學(xué)科學(xué)的幫助,今天的精確機(jī)器視覺應(yīng)用將是不可能的。自從望遠(yuǎn)鏡和眼鏡誕生以來,光學(xué)科學(xué)一直在不懈地發(fā)展,現(xiàn)在已經(jīng)支持高端電子成像。

該鏡頭至關(guān)重要,因?yàn)樗梢圆东@最終將由軟件重新創(chuàng)建的數(shù)據(jù)。它可以定位圖像特征,保持焦點(diǎn)并最大化對(duì)比度。但是,它在各種規(guī)格下運(yùn)行,必須對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)最佳性能。

其中一些包括:

視場:在視場是由透鏡成像的物體區(qū)域。系統(tǒng)必須檢查的所有功能都應(yīng)包含在FOV中。在涉及測量和對(duì)齊的應(yīng)用中,視場以校準(zhǔn)后的對(duì)象位置的固定幾何形狀顯示圖像。

工作距離:鏡頭到物體的距離。

景深:景深是可以完全聚焦的最大物體深度。它還可以確定在保持可接受的聚焦水平的同時(shí)可以改變多少工作距離。

傳感器大小:傳感器大小決定了傳感器的活動(dòng)區(qū)域。通常在水平尺寸上進(jìn)行測量。傳感器尺寸和視場之間的比率是主要放大倍率。通常,傳感器越大,圖像越好。

分辨率:分辨率描述了視覺系統(tǒng)詳細(xì)復(fù)制對(duì)象的能力。較小的傳感器無法區(qū)分物體的精細(xì)細(xì)節(jié)。甚至必須使用具有適當(dāng)縮放比例和分離度的大型,復(fù)雜傳感器來區(qū)分對(duì)象。

對(duì)比和過濾

對(duì)比度是在圖像的白色和黑色部分之間的強(qiáng)度的分離。兩者之間的差異越大,對(duì)比度越高。即使在傳感器,位置和焦距都不變的情況下,正確的鏡頭也可以增強(qiáng)對(duì)比度。

增加對(duì)比度的一種方法是顏色過濾。許多基本傳感器和鏡頭可能非常適合特定的工業(yè)應(yīng)用,但在顏色之間僅顯示出細(xì)微的差異。添加適當(dāng)顏色的濾鏡(例如,主要針對(duì)這些顏色的對(duì)象是紅色或綠色),可以提高對(duì)比度并補(bǔ)償環(huán)境光的變化。

衍射與失真

也稱為鏡頭模糊,衍射會(huì)降低高空間頻率下的對(duì)比度,從而降低圖像質(zhì)量。理想鏡頭行為與實(shí)際鏡頭行為之間的鴻溝稱為像差?；兪且环N特殊的像差,會(huì)導(dǎo)致整個(gè)圖像的倍率差異。某些視覺系統(tǒng)可以使用軟件來彌補(bǔ)此問題。

為了開發(fā)可能的最佳系統(tǒng),機(jī)器視覺工程師應(yīng)具備光學(xué)方面的知識(shí)。