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鏡頭選擇與光學原理及設計工業機器視覺系統選擇要素分析_0

未知 2019-06-15 14:08

如果把工業相機比喻為人的眼睛,工業鏡頭就好比是眼球,它直接關系到監看物體的遠近、范圍和效果。工業鏡頭的選用應考慮一下幾點:

1)工業鏡頭尺寸應等于或大于工業相機成像面尺寸。例如:1/3工業相機可選1/3~1整個范圍內的工業鏡頭,但水平視角的大小都是一樣的。只是使用大于1/3的工業鏡頭能夠更多地利用成形,更精確了工業鏡頭中心光路,所以可提高圖像質量和分辨率。

鏡頭選擇與光學原理及設計工業機器視覺系統選擇要素分析

2)選用合適的工業鏡頭焦距。焦距越大,監看距離越遠,水平視角越小,監視范圍越窄;焦距越小,監看距離越近,水平視角越大,監視范圍越寬。工業鏡頭焦距可按照以下公式估算。

f=AL/H
  (f--鏡頭焦距;A--攝像機CCD垂向尺寸;L--被攝物體到鏡頭距離;H--被攝物體高度)

格式1英寸2/3英寸1/2英寸1/3英寸1/4英寸
CCD垂向尺寸9.6㎜6.6㎜4.8㎜3.6㎜2.7㎜

3)考慮環境光線的變化,光線對圖像的采集效果起著十分重要的作用。一般來說,對于光線變化不明顯的環境,常選用手動光圈鏡頭,將光圈手調到一個比較理想的數值后就可不動了;如果光線變化較大,如室外24小時監看,應選用自動光圈,能夠根據光線的明暗變化自動調節光圈值的大小,保證圖像質量。但需注意的是,如果光線照度不均勻,特別是監視目標與背景光反差較大時,采用自動光圈鏡頭效果不理想。

4)考慮最佳監看范圍。因為工業鏡頭焦距和水平視角成反比,因此既想看得遠,又想看得寬闊和清晰,這是無法同時實現的。每個焦距的鏡頭都只能在一定范圍內達到最佳的監看效果,所以如果監看的距離較遠且范圍較大,最好是增加攝像機的數量,或采用電動變焦鏡頭配合云臺安裝。

5)工業鏡頭接口與工業相機接口要一致。現在的工業相機和工業鏡頭通常都是CS型接口,CS型攝像機可以和CS型、C型鏡頭配接,但和C型鏡頭接配時,必須在工業鏡頭和工業相機之間加接配環,否則可能碰壞CCD成像面的保護玻璃,造成CCD工業相機的損壞。C型工業相機不能和CS型工業鏡頭配接。

近年來利用影像量測物品尺寸已經成為行業發展的趨勢。由于相機,影像軟件及照明組件等設備的進步,讓影像量測物品尺寸的精準度能媲美或更勝于手動或雷射光的量測。

整合光學系統工程的應用,我們可發現光學產品的優劣決定了系統的品質,而遠心鏡頭能執行各種形式的光學量測。

軟件工程需要具高分辨率、高對比性和低幾何變形特性的拍攝影像來判斷出精準的量測數據。

除了光學設備本身的要求,視角的選擇也具相當的重要性,在不適當的觀測點下量測物體,會造成物體拍攝影像的扭曲。

除了影像處理過程中會造成的干擾,系統設計者也同時將光學配備本身會影響光學量測精準性的幾個限制納入考慮:

1.由于物體擺放位置而造成的不正常放大

2.影像的變形

3.視角選擇而造成的誤差

4.低影像分辨率

5.不適當光源干擾下造成邊界的不確定性

遠心鏡頭能有效降低甚至消除以上的問題,因此遠心鏡頭也成為精密光學量測系統決定性的因素。

圖一:不同鏡頭的光學原理

接下來我們簡要的介紹遠心鏡頭是如何有效降低噪聲及變形等問題。

一、放大倍率的一致性

光學量測系統通常會自物體正上方拍攝(不紀錄物體側面)以測量其直徑或直線距離。由于許多機械零組件無法精準定位或具有高度差或厚度等問題,工程師需要可靠光學量測系統來判定影像與物體的實際間距。

左上圖為利用遠心鏡頭拍攝圓柱形零件上的齒條;左下圖為利用普通鏡頭拍攝同樣對象的影像;右上圖為兩個同樣對象置于相距100 mm下利用遠心鏡頭拍的影像;右下圖為同樣情形下利用普通鏡頭捕捉的影像。


左上圖為利用遠心鏡頭拍攝圓柱形零件上的齒條;左下圖為利用普通鏡頭拍攝同樣對象的影像;右上圖為兩個同樣對象置于相距100 mm下利用遠心鏡頭拍的影像;右下圖為同樣情形下利用普通鏡頭捕捉的影像。

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