機(jī)器視覺的鏡頭選擇創(chuàng)造不同
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機(jī)器視覺在控制工業(yè)流程當(dāng)中的作用越來(lái)越重要了，尤其是在機(jī)器人引導(dǎo)、目標(biāo)識(shí)別和質(zhì)量保證等領(lǐng)域。當(dāng)前優(yōu)秀的視覺系統(tǒng)已經(jīng)超出了那些基本功能（例如辨別零件和確定方向）的范疇，還可以提供后續(xù)功能的信息，比如將物體從一個(gè)位置移至另一個(gè)。
對(duì)于裝配線和大量檢測(cè)操作中使用的機(jī)器人系統(tǒng)，比如汽車生產(chǎn)和檢測(cè)線，傳送帶通常是參考。這里，機(jī)器人執(zhí)行兩項(xiàng)任務(wù)：識(shí)別和傳送。
在絕大多數(shù)機(jī)器視覺應(yīng)用里，光學(xué)控制都是非常重要的。機(jī)器人視覺系統(tǒng)同樣要求極高的可重復(fù)性，因此減少抖動(dòng)提供清晰圖像是必要的。
在類似藥品工廠這樣的大規(guī)模單位檢測(cè)線上，視覺系統(tǒng)必須能夠辨識(shí)缺陷包、不可讀標(biāo)簽和產(chǎn)品缺失。視覺系統(tǒng)必須能夠以極高的準(zhǔn)確度快速識(shí)別和測(cè)量方形、圓形和橢圓形物體。提高機(jī)器視覺系統(tǒng)的精確度，可以幫助保持統(tǒng)一的包裝表面和顏色。對(duì)于食品檢測(cè)系統(tǒng)，產(chǎn)品的尺寸、顏色、密度和形狀都需要依靠多元檢測(cè)才確定。多元機(jī)器視覺系統(tǒng)既可以是彩色相機(jī)也可以是黑白相機(jī)，通常使用結(jié)構(gòu)照明方法建立產(chǎn)品外表和內(nèi)在結(jié)構(gòu)。
盡管照相機(jī)、分析軟件和照明對(duì)于機(jī)器視覺系統(tǒng)都是十分重要的，可能最關(guān)鍵的元件還是成像鏡頭。系統(tǒng)若想完全發(fā)揮其功能，鏡頭必須要能夠滿足要求才行。當(dāng)為控制系統(tǒng)選擇鏡頭的時(shí)候，機(jī)器視覺集成商應(yīng)該考慮四個(gè)主要因素：
■可以檢測(cè)物體類別和特性；
■景深或者焦距；
■加載和檢測(cè)距離；
■運(yùn)行環(huán)境。
分析這四個(gè)因素，可以針對(duì)具體應(yīng)用確定合適的鏡頭選擇。
物體特性
在為機(jī)器視覺系統(tǒng)選擇鏡頭之前，系統(tǒng)集成商必須確定物體和分析環(huán)境。這個(gè)可視區(qū)域叫做無(wú)遮擋視場(chǎng)（FOV），它可以使用豎直和水平兩個(gè)角度進(jìn)行測(cè)量。通常，豎直方向和水平方向尺寸的比例是4：3，這個(gè)比例取決于照相機(jī)傳感器工作區(qū)域的尺寸。傳感器的大小對(duì)于確定無(wú)遮擋視場(chǎng)所需要的主要放大率（PMAG）是非常重要的。PMAG是由傳感器尺寸與FOV相比得到，是鏡頭的工作成效。當(dāng)確定鏡頭是否合適的時(shí)候，這一點(diǎn)需要考慮。
PMAG = 傳感器尺寸/FOV
鏡頭放大率對(duì)于不同尺寸芯片照相機(jī)匹配鏡頭相當(dāng)重要，然而，不要把鏡頭放大率和顯微鏡放大率搞混了，后者是由光管長(zhǎng)度和實(shí)際物鏡焦距決定的。而鏡頭放大率主要考慮的是照相機(jī)傳感器的尺寸。
系統(tǒng)放大率（SMAG）是監(jiān)視器尺寸與傳感器尺寸的比例與PMAG的乘積結(jié)果。它是從物體到監(jiān)視器圖像的總體放大率，也就是整個(gè)系統(tǒng)的“工作”結(jié)果?？紤]物體的屏幕尺寸時(shí)，系統(tǒng)放大率是有用的。
SMAG = PMAG x 監(jiān)視器尺寸/傳感器尺寸
物體的特性也很重要。鏡頭對(duì)于物體特征的解析能力依賴于特征的對(duì)比是否強(qiáng)烈。確定系統(tǒng)解析度、或者物體最小更解析特征的方法，可以使用諸如倫奇刻線法這樣的解像力方法。這些刻線法以線耦（等寬度的一條黑線和一條白線）來(lái)決定特征。其他的解像力方法還可以用圓圈和點(diǎn)狀網(wǎng)格。
鏡頭在指定光線條件下辨識(shí)特定寬度的線耦或者點(diǎn)距的能力，決定了它的解析度。解析度通常被模塊轉(zhuǎn)換功能（MTF）以圖像的方式顯示出來(lái)。
圖形顯示了指定線耦頻率下可行的相對(duì)對(duì)比度。扭曲、色差和其他波前畸變都會(huì)影響曲線的斜率，使曲線偏離理想狀態(tài)或者衍射極限的光學(xué)表現(xiàn)。鏡頭方案有時(shí)候會(huì)以每毫米線耦數(shù)量（lp/mm）為單位列出物體解析度，再將這個(gè)值除以1000就可以預(yù)測(cè)出鏡頭每微米的物體解析度。
在進(jìn)行表面剖析的時(shí)候，通常不只使用一臺(tái)照相機(jī)和鏡頭，而了解鏡頭的內(nèi)在偏差（aberration）量也是有價(jià)值的。偏差是指鏡頭里的光學(xué)誤差，可以引起同一張圖片里不同點(diǎn)的圖像質(zhì)量差異。剖析通常包括激光線和其他圖像里的光線，這樣可以確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。一些軟件程序可以消除諸如鏡頭引起的扭曲之類的誤差，所以在最終圖像里只有剖析數(shù)據(jù)是明顯的。
大型格式和區(qū)域掃描照相機(jī)鏡頭是控制應(yīng)用優(yōu)秀的解決方案，因?yàn)樗哂懈呓馕龆?、低扭曲和有限色差。大范圍FOV和兼容性，以及大型格式傳感器，使這些鏡頭在Web、LCD、食品和飲料行業(yè)的應(yīng)用具有很高的價(jià)值。
距離約束
自動(dòng)化機(jī)器視覺系統(tǒng)和裝配線所需的空間差異很大，可以只有幾米，也可能需要一整座廠房。所謂的工作距離，是指當(dāng)圖像在焦距范圍內(nèi)的時(shí)候，物體和照相機(jī)鏡頭前端的距離。它限制了視覺系統(tǒng)以及和視覺系統(tǒng)一起工作的設(shè)備所需要的空間。有一些應(yīng)用，比如通過(guò)真空爐端口觀察，工作距離非常靈活，近焦鏡頭和長(zhǎng)工作距離視頻顯微鏡頭都可以使用。其他的應(yīng)用，比如強(qiáng)電微觀檢測(cè)，工作距離就只有幾個(gè)英寸。
在極限范圍內(nèi)，通過(guò)鏡頭重新對(duì)焦，可以改變工作距離。無(wú)限共軛鏡頭的對(duì)焦距離可以從最小工作距離一直到無(wú)限遠(yuǎn)，有限共軛鏡頭則有一個(gè)特定工作距離范圍。
存放和加載限制，包括用于艱苦環(huán)境的保護(hù)外殼，必須具有足夠的柔性，可以根據(jù)工作距離進(jìn)行調(diào)整。比如在很多安裝場(chǎng)合，感興趣的產(chǎn)品區(qū)域和產(chǎn)品線可能在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)生變化，這就要求視覺系統(tǒng)和視覺元件可以根據(jù)若干種傳感條件進(jìn)行調(diào)整。很多照相機(jī)鏡頭需要平穩(wěn)加載，但是當(dāng)物體空間（物體和鏡頭之間的距離）受到限制，改變像空間（imagespace，鏡頭與圖像之間的距離），就可以改變工作距離。
像空間可以使用兩種方式進(jìn)行改變：通過(guò)縮放功能或者隔離。縮放鏡頭可以調(diào)整照相機(jī)系統(tǒng)的視場(chǎng)，而不需要改變工作距離。一些縮放系統(tǒng)的元件可以定制組成特殊型號(hào)的系統(tǒng)。度量衡和顯微應(yīng)用需要以微米為單位進(jìn)行放大，這些鏡頭系統(tǒng)可以同顯微鏡下的物體對(duì)應(yīng)?？s放鏡頭保持著高解析度，但是成本高昂。另外一種方案，鏡頭隔離器十分經(jīng)濟(jì)，并且可以縮短工作距離、減小鏡頭的可視范圍。然而不幸的是，這會(huì)帶來(lái)扭曲同時(shí)降低解析度。因此，除非空間調(diào)整是在5mm之內(nèi)或者鏡頭的設(shè)計(jì)就帶有隔離器，否則隔離器不是一個(gè)推薦的方案。
評(píng)論