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技術(shù)支持
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機(jī)器視覺相關(guān)工業(yè)通信...
工業(yè)通信協(xié)議定義為“數(shù)字消息格式和規(guī)則的正式描述”。這些協(xié)議集成在硬件系統(tǒng)和軟件程序中。通信協(xié)議的核心功能是在不同的系統(tǒng)、設(shè)備或軟件程序之間發(fā)送和接收消息，用于模擬和數(shù)字通信。簡而言之，工業(yè)通信驅(qū)動程序和協(xié)議構(gòu)成了工業(yè)自動化的基礎(chǔ)。機(jī)器視覺亦離不開工業(yè)通信手段。 自動化中的通信協(xié)議是什么？ 許多類型的通信協(xié)議用于不同的目的。它們可用于傳輸信號、同步設(shè)備、檢測錯誤以及執(zhí)行更多操作。行業(yè)使用多種類型的通信協(xié)議，因為每種協(xié)議都是為特定目的和應(yīng)用而設(shè)計的。例如，以太網(wǎng)/IP 協(xié)議是一種具有高功能的重型通信協(xié)議，可用于各種應(yīng)用。另一方面，Modbus 協(xié)議是提供通用讀/寫訪問的輕量級通信協(xié)議。因此，任何自動化系統(tǒng)中使用的通信協(xié)議類型取決于OEM以及最終用戶的需要和要求。獨(dú)立軟件供應(yīng)商可以選擇具有高安全特性的協(xié)議。 想要充分利用先進(jìn)技術(shù)并將流程數(shù)字化的行業(yè)需要無縫連接和互操作性。為了確保流程和端到端通信的順利自動化，OEM和行業(yè)必須分別在其產(chǎn)品和解決方案中選擇正確的通信協(xié)議。這些協(xié)議創(chuàng)建了一個跨越四個主要層的連接網(wǎng)絡(luò)，其中包括現(xiàn)場層、控制層、監(jiān)督層以及執(zhí)行和規(guī)劃層。 各種通信協(xié)議 機(jī)器視覺與自動化系統(tǒng)中使用不同類型的工業(yè)通信協(xié)議，因為每種協(xié)議用于不同的業(yè)務(wù)和技術(shù)目的。OEM可以選擇特定的協(xié)議，因為他們的供應(yīng)商會根據(jù)他們的要求為他們提供高性能的現(xiàn)成解決方案。另一方面，最終用戶可能決定使用特定協(xié)議，因為它的地理可用性或其對行業(yè)要求的關(guān)注。獨(dú)立軟件開發(fā)商或原始設(shè)備制造商選擇特定類型的通信協(xié)議有多種原因。 各種類型的工業(yè)通信協(xié)議：Ethernet/IP BACnet Modbus RTU Modbus TCP DeviceNet OPC UA ProfiNet ProfiBus IO-Link EtherCAT CC-Link CAN Open IEC 61131-3 ASI-Interface LonWorks 通信協(xié)議可以是有線的或無線的。USB、SPI、12C 和以太網(wǎng)是一些用于有線協(xié)議的物理介質(zhì)。Wi-Fi、LoRa、LTE 和 BLE 是一些無線協(xié)議媒介。 常用的工業(yè)機(jī)器視覺與自動化協(xié)議 1. Ethernet/IP EtherNet/IP是一種開放式應(yīng)用協(xié)議，可通過互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)從工廠車間擴(kuò)展到企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。作為 CIP 應(yīng)用協(xié)議（通用工業(yè)協(xié)議）的重要組成部分，它被廣泛接受為各種自動化應(yīng)用提供通信能力，包括監(jiān)控、監(jiān)控、運(yùn)動與同步、信息和網(wǎng)絡(luò)管理。 EtherNet/IP 協(xié)議將兩種消息傳入和傳出系統(tǒng)，并為工廠車間的操作員界面提供連接。它們是顯式消息（需要基礎(chǔ)和異步信息）和I/O 消息（連續(xù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)消息）。此消息傳輸使用面向?qū)ο蟮捏w系結(jié)構(gòu)啟動，該體系結(jié)構(gòu)支持相同對象和設(shè)備配置文件的可重用性。從而確保在多個子網(wǎng)中運(yùn)行的不同供應(yīng)商的多個設(shè)備之間的即插即用互操作性。 2. Modbus RTU 和 Modbus TCP/IP 具有主/從架構(gòu)的Modbus RTU因其可靠的性能和易用性而被廣泛使用。這種開放式串行協(xié)議使用循環(huán)冗余校驗和消息傳輸簡單的 16 位結(jié)構(gòu)。由于 OPC 服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集軟件程序、SCADA、HMI 和其他軟件程序支持它，因此很容易將該協(xié)議集成到兼容設(shè)備中。使用Mod-bus RTU 的挑戰(zhàn)之一是開發(fā)和訓(xùn)練新模型可能有點(diǎn)困難。Modbus TCP/IP 是一種供應(yīng)商中立的通信協(xié)議，可用于 Intranet 和 Internet 環(huán)境。此通信協(xié)議的數(shù)據(jù)事務(wù)是無狀態(tài)的，因此它們不太可能被中斷或破壞。它可用于事件記錄、高性能和時間關(guān)鍵的應(yīng)用程序。也是工業(yè)上最常用的一種通信協(xié)議。 3. PROFINET PROFINET 是一種工業(yè)以太網(wǎng)解決方案。它是一種在控制器和設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)的通信協(xié)議。控制器可以是 PLC、DCS 或 PAC。設(shè)備可以是 I/O 塊、機(jī)器視覺系統(tǒng)、RFID 閱讀器、驅(qū)動器、過程儀器、代理，甚至其他控制器。絕大多數(shù)智能相機(jī)都支持此類通信協(xié)議。 【來源：光虎光學(xué)內(nèi)部培訓(xùn)資料】 【圖片來源：官方標(biāo)識】光虎光學(xué)專業(yè)生產(chǎn)由德國設(shè)計的工業(yè)鏡頭。以高精度雙遠(yuǎn)心鏡頭為核心，涵蓋高性能FA定焦鏡頭、變倍鏡頭等產(chǎn)品。可實現(xiàn)為客戶定制化研發(fā)生產(chǎn)。光虎光學(xué)還代理歐美日機(jī)器視覺全系列產(chǎn)品。如面陣與線掃工業(yè)相機(jī)、智能相機(jī)、3D相機(jī)、紅外與紫外相機(jī)、光源、圖像采集卡、機(jī)器視覺軟件及其他周邊產(chǎn)品。http://www.spoilthemsilly.com/
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工業(yè)鏡頭設(shè)計之球面鏡...
所謂球面和非球面，主要是針對鏡片的幾何形狀而言，即球面鏡片與非球面鏡片。二者在幾何形狀上的差別決定了它們在平行的入射光的折射方向上產(chǎn)生差異，從而影響工業(yè)鏡頭成像效果的好壞。
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巨型幀的簡單介紹
巨型幀可為本地網(wǎng)絡(luò)提供一些好處，可以加快整體網(wǎng)絡(luò)速度，在某些應(yīng)用程序質(zhì)檢提供更好的交互，并減少網(wǎng)絡(luò)壓力。
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機(jī)器視覺中的精度
無論使用何種儀器來測量參數(shù)，都有兩個關(guān)鍵因素：準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。一個基本的經(jīng)驗法則是，測量儀器應(yīng)該至少比它要測量的過程規(guī)范好十倍。換句話說，它的可重復(fù)性和準(zhǔn)確性至少應(yīng)該是過程的十倍。 所有的測量儀器都有一個刻度，由沿刻度的許多“刻度”或標(biāo)記組成。在使用機(jī)器視覺的情況下，“刻度”之間的距離是像素（子像素）的大小或像素（子像素）之間的距離。在機(jī)器視覺中，“刻度”對應(yīng)于分辨率，但不一定對應(yīng)于機(jī)器視覺系統(tǒng)的靈敏度——系統(tǒng)能夠檢測到的測量值的最小變化。在機(jī)器視覺中，這對應(yīng)于像素（子像素）增量或像素（子像素）分辨率。 在使用機(jī)器視覺測量零件時，通常面臨著一個問題：零件特征的邊緣通常不會精確落在一個像素或兩個像素之間。邊緣的影響通常會在幾個相鄰像素上體現(xiàn)。人們無法區(qū)分落在同一像素上的兩條邊。通常，編碼的灰度值表示像素的強(qiáng)度平均值。 邊緣可通過四個屬性來表征 1、對比度 - 以邊緣為特征的線的累積強(qiáng)度變化 2、寬度（模糊度） - 發(fā)生大部分強(qiáng)度變化的剖面上的間隔大小 3、陡度 - 此區(qū)間內(nèi)的表面坡度 4、方向 - 垂直于邊緣像素的向量角度 由于對象的邊緣通常覆蓋具有特定灰度輪廓的幾個連續(xù)像素（將灰度值視為空間數(shù)據(jù)點(diǎn)的第三維屬性），因此可以使用任意數(shù)量的數(shù)學(xué)或統(tǒng)計方案來基本上推斷邊緣點(diǎn)的位置，或?qū)⑦吘壍奈恢媒⒃谟行ο缶嚯x的某個增量內(nèi)的通過對象空間中的像素。例如，將灰度輪廓視為曲線，可以計算曲線的二階導(dǎo)數(shù)——預(yù)期發(fā)生變化的特定點(diǎn)——并將其定義為邊緣像素。 不同的機(jī)器視覺算法利用邊緣的各種屬性來計算像素（子像素）內(nèi)邊緣的位置。值得注意的是，不同的算法在子像素增量的大小方面確實會產(chǎn)生不同的結(jié)果。 精度的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性 精度由校準(zhǔn)程序決定。在機(jī)器視覺中，與大多數(shù)數(shù)字系統(tǒng)一樣，“校準(zhǔn)”旋鈕可以一次更改一個“刻度”（一個像素或亞像素距離）。每個“刻度”代表系統(tǒng)輸出中的離散值變化，離散值是物理尺寸增量。 例如，公稱尺寸為 0.1，公差為 0.005。（總?cè)莶罘秶鸀?.01）。因此，校準(zhǔn)旋鈕的每個“刻度”（像素或子像素距離）應(yīng)具有0.1的0.01或0.001的值。因此，每個步長的一半為 0.0005。換句話說，機(jī)器視覺系統(tǒng)的精度應(yīng)等于或優(yōu)于0.0005。 由于重復(fù)性的經(jīng)驗法則與精度相同，因此系統(tǒng)對重復(fù)性的要求是相同的，即重復(fù)性應(yīng)等于“刻度”的尺寸。 雖然精度在給定的應(yīng)用中可能不是那么重要，因為它可以通過校準(zhǔn)得出，但可重復(fù)性更為重要，因為它不能通過校準(zhǔn)或其他方式進(jìn)行校正。據(jù)觀察，上述分析被許多人認(rèn)為是保守的。因此，有些人建議將重復(fù)性從10/1放寬到5/1。 在某些情況下，使用的經(jīng)驗法則是精度和可重復(fù)性的總和應(yīng)小于公差帶的三分之一。實際上，無論遵守什么“規(guī)則”，測量儀器的準(zhǔn)確度或重復(fù)性不應(yīng)等于被測量尺寸的公差，事實上，必須小得多！ 光虎光學(xué)觀點(diǎn) 光虎光學(xué)認(rèn)為，具有亞像素能力的機(jī)器視覺通?？捎糜跐M足此類“規(guī)則”的許多計量應(yīng)用。在某些情況下，無論系統(tǒng)分辨率或理論像素大小（視場除以水平/垂直方向的像素數(shù)）如何，性能都接近工業(yè)環(huán)境中機(jī)器視覺的實際極限。 在要測量的零件尺寸為0.1的上述示例應(yīng)用中，鑒于相機(jī)/機(jī)器視覺系統(tǒng)的全視場應(yīng)用于該尺寸，理論子像素分辨率可能為0.1/1500（基于一個基于 500 x 500 區(qū)域相機(jī)的機(jī)器視覺系統(tǒng)和1/3像素分辨率的子像素能力）。光虎光學(xué)專業(yè)生產(chǎn)由德國設(shè)計的工業(yè)鏡頭。以高精度雙遠(yuǎn)心鏡頭為核心，涵蓋高性能FA定焦鏡頭、變倍鏡頭等產(chǎn)品?？蓪崿F(xiàn)為客戶定制化研發(fā)生產(chǎn)。光虎光學(xué)還代理歐美日機(jī)器視覺全系列產(chǎn)品。如面陣與線掃工業(yè)相機(jī)、智能相機(jī)、3D相機(jī)、紅外與紫外相機(jī)、光源、圖像采集卡、機(jī)器視覺軟件及其他周邊產(chǎn)品。http://www.spoilthemsilly.com/
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焊接領(lǐng)域中的機(jī)器視覺
什么是焊接？焊接，也稱作熔接、镕接，是一種以加熱、高溫或者高壓的方式接合金屬的工藝技術(shù)?，F(xiàn)代焊接的能量來源有很多種，包括氣體焰、電弧、激光、電子束、摩擦和超聲波等。通常來說焊接有三種：熔焊——加熱欲接合之工件使之局部熔化形成熔池，熔池冷卻凝固后便接合，必要時可加入熔填物輔助，它是適合各種金屬和合金的焊接加工，不需壓力。壓焊——焊接過程必須對焊件施加壓力，屬于各種金屬材料和部分金屬材料的加工。釬焊——采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料做釬料，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙，并與母材互相擴(kuò)散實現(xiàn)鏈接焊件。適合于各種材料的焊接加工，也適合于不同金屬或異類材料的焊接加工。為什么要在焊接領(lǐng)域中使用機(jī)器視覺？焊接的特點(diǎn)是工藝因素復(fù)雜、勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)周期長、勞動環(huán)境差，其品質(zhì)依賴操作者的技能、技術(shù)和經(jīng)驗，也和操作者情緒及身體狀況相關(guān)，因此，焊接自動化技術(shù)對于提高接頭品質(zhì)，保證穩(wěn)定性具有很重要的意義。焊接機(jī)器人技術(shù)實現(xiàn)了焊接自動化、柔性化，但焊接機(jī)器人無法自主獲取工件定位信息、焊縫空間位置信息、焊縫熔透信息等，也不能自主適應(yīng)工件與接頭組對，焊接熱變形等引起的軌跡、坡口尺寸變化，不能進(jìn)行在線調(diào)整，即不具有智能?，F(xiàn)實生產(chǎn)中軌跡和接頭坡口幾何尺寸的變化較為常見，無智能的再現(xiàn)式焊接會出現(xiàn)焊偏、焊穿、未焊透等較為嚴(yán)重的成型缺陷，所以急需基于視覺的智能化焊接技術(shù)，光虎視覺提供了豐富的案例和解決方案，為智能化焊接技術(shù)提供了極大的幫助。在焊接應(yīng)用中，通常金屬件和部件通過熔化連接區(qū)域中的材料而連接在一起。在某些應(yīng)用中，尤其是厚材料時，填充材料被添加到接頭中。熱量通常由電（如感應(yīng)焊接、點(diǎn)焊和電弧焊接）或電磁輻射（如激光和電子束焊接）引起。由于高能量對小面積的影響，該過程會發(fā)出大量的熱光。因此，焊接工藝的核心是極其明亮的，因此也是基于相機(jī)的焊接成像系統(tǒng)的一大挑戰(zhàn)。機(jī)器視覺技術(shù)在焊接領(lǐng)域的使用在焊接中通常使用帶有激光照明的相機(jī)，可以實現(xiàn)清晰化可視化的焊接過程。這主要是由于激光照明的高光譜亮度與熱光的高效濾波相結(jié)合，可以應(yīng)用于所有電弧和激光焊接工業(yè)。通過這些技術(shù)，光虎視覺可以實現(xiàn)從用于研究目的的高速焊接成像，到工業(yè)生產(chǎn)線焊接工藝的質(zhì)量保證。適用于所有主要的電弧焊接工藝，如GMAW（MIG、MAG）和TIG，以及所有主要的光束焊接工藝，如CO2激光器、光纖激光器、二極管激光器、Nd：YAG激光和電子束應(yīng)用。在焊接領(lǐng)域使用機(jī)器視覺的優(yōu)勢>> 焊工和操作員可以根據(jù)圖像實時調(diào)整工藝>> 圖像可用于圖像分析和自動化>> 可以存儲圖像或視頻以進(jìn)行質(zhì)量記錄>> 快速錯誤檢測可減少報廢>> 系統(tǒng)可在安全距離內(nèi)操作>> 改善了焊工的人機(jī)工程學(xué)>> 降低吸入不健康焊接煙霧的風(fēng)險>> 縮短焊接過程的設(shè)置時間焊接領(lǐng)域使用機(jī)器視覺的方向>> GMAW 焊接（MIG、MAG）>> TIG 焊接>> 混合焊接（激光和電弧焊接）>> 激光焊接（例如二氧化碳、Nd：YAG、光纖和光盤激光器）>> 電子束>> 機(jī)器人焊接>> 半自動焊接>> 線性焊接>> 軌道焊接【來源：光虎視覺內(nèi)部培訓(xùn)資料】
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景深
景深景深是光學(xué)攝影中一個很重要的參數(shù)，它是指光學(xué)系統(tǒng)獲取清晰成像時，被測物體所能移動的距離范圍。當(dāng)一個光學(xué)系統(tǒng)的景深較小時，就會出現(xiàn)背景虛化的現(xiàn)象。光圈、焦距、工作距離都是影響景深的重要因素。在對光學(xué)系統(tǒng)的景深進(jìn)行計算時，需要先了解容許彌散圓的概念。彌散圓是指在焦點(diǎn)前后，光線開始聚集和擴(kuò)散，點(diǎn)的影像變成模糊時所形成的一個擴(kuò)大的圓。如果彌散圓的直徑足夠小，成像會足夠清晰；如果彌散圓再大些，成像就會顯得模糊。中間的臨界點(diǎn)，這個可以被接受的最大的直徑被稱為容許彌散圓直徑。在拍攝過程中，通過彌散圓判斷圖像是否銳利進(jìn)而判斷景深的深淺。下圖為兩款不同雙遠(yuǎn)心鏡頭利用景深板拍攝的測量景深的圖片。其中圖二為型號光虎視覺TTL11.5-25-45C雙遠(yuǎn)心鏡頭在平行光照射下拍攝的圖片。圖一圖二實際應(yīng)用中，景深可分為前景深和后景深，計算公式如下：景深（dof）=圖三根據(jù)景深公式我們可以看出，景深與有效F數(shù)、焦距、工作距離都有關(guān)系。圖四是利用光線追跡的方法解釋景深與F數(shù)的關(guān)系。增大F數(shù)之后，相同工作距離下，光線入射角變小，在容許彌散圓大小不變的情況下，使得景深變大。即有效F數(shù)與景深正相關(guān)。圖五給出了在焦距、拍攝距離固定的情況下，不同F(xiàn)數(shù)下的拍攝效果圖。當(dāng)F數(shù)較小時，景深較小，從圖片中可以明顯的看出背景已經(jīng)虛化。隨著F數(shù)的增加，背景虛化現(xiàn)象明顯變小，甚至消失。圖四圖五圖六給出了有效F數(shù)與景深之間的關(guān)系圖。有效F數(shù)越小，光圈越大，景深越小；有效F數(shù)越大，光圈越小，景深越大。圖六此外，通過景深公式，我們還可以推算出：若鏡頭焦距可變，光圈和工作距離確定時，焦距越大，景深越??；焦距越小，景深越大。當(dāng)鏡頭焦距、F數(shù)確定時，工作距離越大，景深越大；工作距離越小，景深也會隨之減小,容易出現(xiàn)背景虛化現(xiàn)象。而雙遠(yuǎn)心鏡頭與FA鏡頭略有不同。在雙遠(yuǎn)心鏡頭的使用過程中，使用者可以微調(diào)鏡頭與相機(jī)傳感器之間的距離，即法蘭距，從而獲得想要的景深效果。當(dāng)然景深的極限還是由雙遠(yuǎn)心鏡頭本身的設(shè)計決定，這些調(diào)整只能在設(shè)計的景深極限范圍內(nèi)進(jìn)行微調(diào)。需注意的一點(diǎn)是，景深是一個相對的概念，在景深之內(nèi)和景深之外，并不存在絕對的清晰或者模糊的界限。景深的測量也具有一定的主觀性，需要使用者根據(jù)自己的具體需求進(jìn)行調(diào)整?！緛碓矗汗饣⒁曈X內(nèi)部培訓(xùn)資料】
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曝光時間對成像質(zhì)量的...
曝光時間對成像質(zhì)量的影響在任何工業(yè)相機(jī)應(yīng)用中，相機(jī)的曝光時間是設(shè)置的關(guān)鍵。在任意的情況下，由于我們拍攝物體的移動，生成的圖像可能會模糊。為了最大程度的優(yōu)化圖像質(zhì)量，可以計算最小曝光時間來消除模糊并最大化拍攝亮度。在這篇文章中，將幫助了解曝光時間對圖像質(zhì)量的影響并避免它。什么是曝光時間曝光時間或快門速度是讓光線落在圖像傳感器上的時間。曝光時間越長，就越能“曝光”傳感器為像素充電以使其更亮?？扉T速度通常以幾分之一秒的形式給出，例如攝影相機(jī)中的 1/60、1/125、1/1000秒。在工業(yè)相機(jī)中，曝光時間通常以毫秒為單位，只是快門速度的倒數(shù)。（即1/60秒=0.0166秒或16毫秒）。圖像模糊模糊是當(dāng)物體相對于傳感器移動并在曝光時間內(nèi)移動跨越2個或更多像素時所得到的。當(dāng)拍攝移動速度超過在曝光時間內(nèi)可以完全靜止運(yùn)動的物體時，就會看到這一現(xiàn)象。在左邊的圖像中，可以清晰的拍到運(yùn)動員，但是球移動得非?？?，導(dǎo)致看起來很模糊。本例中的曝光時間為 1/500 秒（2 毫秒），但在此曝光期間球移動了許多像素?？扉T速度越快，物體相對于它開始的位置移動的可能性就越小。在機(jī)器視覺中，相機(jī)絕大多數(shù)情況下是固定的，所以它們不會移動，但擔(dān)心的是物體在曝光時間內(nèi)移動所產(chǎn)生的影響。根據(jù)應(yīng)用場景的不同，圖像處理可能對模糊敏感，也可能不敏感。例如，假設(shè)相機(jī)橫向上的分辨率為2448像素，而傳感器上的呈現(xiàn)出來的物體為1000像素。在曝光期間，被拍攝的物體移動1個像素，則在傳感器上呈現(xiàn)出來的圖像就整體偏移了1個像素，這就是“像素模糊”?？扉T速度越快，物體相對于它開始的位置移動的可能性就越小。在機(jī)器視覺中，相機(jī)絕大多數(shù)情況下是固定的，所以它們不會移動，但擔(dān)心的是物體在曝光時間內(nèi)移動所產(chǎn)生的影響。根據(jù)應(yīng)用場景的不同，圖像處理可能對模糊敏感，也可能不敏感。例如，假設(shè)相機(jī)橫向上的分辨率為2448像素，而傳感器上的呈現(xiàn)出來的物體為1000像素。在曝光期間，被拍攝的物體移動1個像素，則在傳感器上呈現(xiàn)出來的圖像就整體偏移了1個像素，這就是“像素模糊”。如何計算最合適的曝光時間在大多數(shù)情況下，都需要沒有像素模糊的清晰圖像。要計算合適的曝光時間，需要注意以下幾點(diǎn)：l 以像素為單位的相機(jī)分辨率（沿行進(jìn)方向）l 視野（FOV）l 物體的速度l 曝光時間然后，就可以使用以下公式計算對象在曝光期間將移動多少像素：B = Vp * Te * Np / FOVB = 以像素為單位的模糊Vp = 物體的速度FOV = 運(yùn)動方向的視野Te = 曝光時間（以秒為單位）Np = 跨越視野的像素數(shù)光虎視覺認(rèn)為，在大多數(shù)情況下，產(chǎn)生超過1個像素的拖影時，模糊就會成為一個問題。在精密測量中，即使是1個像素的模糊也可能太多，需要使用更快的曝光時間?！緛碓矗汗饣⒁曈X內(nèi)部培訓(xùn)資料】
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平場校正技術(shù)
平場校正技術(shù)什么是平場校正？平場校正是一種用于提高數(shù)字成像質(zhì)量的技術(shù)，它消除了由傳感器的像素對像素靈敏度變化和光路失真而導(dǎo)致的圖像偽像效果，通常用于像素與像素敏感度以及暗電流變化相關(guān)的校正。圖為Alkeria Necta 線掃相機(jī)所演示的平場校正什么時候會用到平場校正？由于自然制造公差，每個傳感器的亮度輸出都有一定程度的不均勻性，每個像素對相同數(shù)量的光的反應(yīng)可能不同。使用面陣相機(jī)時，圖像中亮度的差異不會產(chǎn)生太大的影響，因為整個圖像中出現(xiàn)的差異很小。整體圖像幾乎不受影響，通常對于大多數(shù)應(yīng)用程序來說已經(jīng)足夠了。但是，當(dāng)使用線掃相機(jī)時，線掃相機(jī)的傳感器高度只有幾個像素，這意味著任何像素產(chǎn)生的錯誤將在同一位置的每次刷新中重復(fù)。例如，產(chǎn)生的圖像錯誤可能會以垂直條紋的形式發(fā)生，會對記錄的圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生重大影響。如何平場校正？圖像的誤差可以通過兩個步驟來進(jìn)行校正：暗信號非均勻性（DSNU）校正和光響應(yīng)非均勻性（PRNU）校正。要校準(zhǔn) DSNU，必須在黑暗中記錄參考圖像，而對于 PRNU，必須用均勻的照明記錄參考圖像。因此，平場校正中的這兩個單獨(dú)的步驟分別稱為暗場校正和亮場校正。平場校正的第一步：低暗噪聲校正，用于盡可能降低暗信號非均勻性（也稱為偏移噪聲或固定模式噪聲）。因此，暗場和亮場校正都是校正 DSNU 和 PRNU 的平場校正的一部分。暗場校正是最容易校準(zhǔn)的。它只需要在圖像傳感器上不帶照明的情況下記錄參考圖像。為此，需要遮蓋住鏡頭。然后，使用偏移量對所有像素值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，就可以補(bǔ)償傳感器芯片的不均勻性。在第二步，即光響應(yīng)非均勻性（PRNU）校正（也稱為低頻平場校正），由于它糾正的低頻變化，通常由光路失真引起，而不是由于像素到像素在照片響應(yīng)中的變化，因此校準(zhǔn)低頻校正的實際光強(qiáng)就不那么重要了，（通常來說保持在12.5%到90%之間的適當(dāng)值即可）。使用模擬增益用于在均勻的照明條件下獲取所有像素的一定目標(biāo)值。由此來消除邊緣的強(qiáng)度下降，圖像顯示整個寬度下的均勻亮度。平場校正優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用行業(yè)在平場校正后，線掃圖像沒有條紋和陰影，這就使得圖像分析更容易、更方便、更可靠，不需要使用軟件執(zhí)行任何后續(xù)的校正。通常用于對光較為敏感，即非常依靠光來進(jìn)行下一步判斷的線掃應(yīng)用，如半導(dǎo)體行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、包裝行業(yè)等。
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光學(xué)基礎(chǔ)概念之F-Numb...
在鏡頭行業(yè)里，一般不常使用相對孔徑的概念，而是使用相對孔徑的倒數(shù)，稱之為F數(shù)，也叫光圈數(shù)。記作F/-。例如，F(xiàn)/5.6表示F數(shù)等于5.6。即相對孔徑的倒數(shù)為5.6，它表示鏡頭的焦距等于光圈直徑的5.6倍。顯然，像面接收到的光強(qiáng)反比于F數(shù)的平方。即 F數(shù)又稱為鏡頭速度，F(xiàn)數(shù)小的鏡頭速度快。因為拍攝的曝光時間△t 正比于F數(shù)的平方。一、F數(shù)與分辨率的關(guān)系 F數(shù)能表征鏡頭的分辨率，F(xiàn)數(shù)越小，能分辨兩點(diǎn)間的距離越小，即分辨率越高。因為圓孔最小衍射角為： 所以，像面上能夠分辨得開的兩點(diǎn)間的最小距離可以計算得到： 二、F數(shù)與光圈的關(guān)系 F數(shù)和光圈是一個反比關(guān)系。即F值越小，光圈越大。F值越大，光圈越??；F值越小，光圈越大。例如F1.8比F2.8光圈要大，光圈越大進(jìn)光亮越多，光圈小相反，光圈大背景越虛化（如圖1），光圈小背景越清(如圖2)。 圖1. 大光圈成像 圖2. 小光圈成像 三、F數(shù)與景深的關(guān)系 通常我們說，光圈越大，景深越淺；光圈越小，景深越深。那么為什么光圈越大，景深越淺；光圈越小，景深越深呢？首先在了解光圈與景深的關(guān)系之前，我們先介紹兩個概念。光線射入透鏡匯聚成一點(diǎn)，在數(shù)學(xué)上，這個點(diǎn)我們稱之為焦點(diǎn)。但是在焦點(diǎn)前后形成的光線的聚集和擴(kuò)散，會產(chǎn)生一個擴(kuò)大的圓，這個圓就是允許彌散圓，彌散圓仍然足夠清晰呈現(xiàn)物體，通常我們認(rèn)為這是“合焦”。因此，我們通常用允許彌散圈來作為成像清晰和成像模糊的界限。焦深：兩個允許彌散圈的距離我們稱之為焦深。景深的大小與焦深有著密切的聯(lián)系（如圖3.成像光路圖）。前焦深對應(yīng)著前景深，后焦深對應(yīng)著后景深。所以，要知道光圈與景深的關(guān)系，必須先了解光圈與彌散圈之間的關(guān)系。 彌散圈的取決于光的波長和光圈直徑。 彌散圈直徑= 其中λ是光的波長，f是焦距，N是光圈直徑，一般的f/N即是光圈系數(shù)F值。所以，光圈越大，彌散圈直徑越??；光圈越小，彌散圈直徑越大，即f數(shù)越大，景深越大；f數(shù)越小，景深越小。 如光虎視覺TTL11.5-65遠(yuǎn)心系列 TTL11.5-O5-65C鏡頭其有效F數(shù)為9景深為2.88mm，物方分辨率為12.08μm 滿足需要大視野高景深的客戶的需求，如對分辨率有更高的要求就需要選擇小景深大F數(shù)鏡頭如TTL11.5-20-65C此鏡頭的放大倍率為2，其F數(shù)為13，景深為0.26其分辨率可達(dá)4.362μm，此系列鏡頭均滿足低畸變，高遠(yuǎn)心。
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遠(yuǎn)心鏡頭如何進(jìn)行參數(shù)...
遠(yuǎn)心鏡頭如何進(jìn)行參數(shù)選型 遠(yuǎn)心鏡頭有兩種類型的遠(yuǎn)心度：物方和像方遠(yuǎn)心度（分別指入射光瞳和出射光瞳位置）。所以，遠(yuǎn)心鏡頭分為：物方遠(yuǎn)心鏡頭，像方遠(yuǎn)心鏡頭、雙遠(yuǎn)心鏡頭。那么需求和合適的鏡頭相匹配就成為了一個重要的問題，也就是說我們該如何通過我們的需求來匹配到合適的鏡頭。一、影響選型的參數(shù) 那么在我們選擇遠(yuǎn)心鏡頭時，首先應(yīng)明白在什么時候需要時選擇遠(yuǎn)心鏡頭。根據(jù)遠(yuǎn)心鏡頭原理特征及獨(dú)特優(yōu)勢 當(dāng)檢查物體遇到以下6種情況時，最好選用遠(yuǎn)心鏡頭： 1）當(dāng)需要檢測有厚度的物體時（厚度>1/10 FOV直徑）； 2）需要檢測不在同一平面的物體時； 3）當(dāng)不清楚物體到鏡頭的距離究竟是多少時； 4）當(dāng)需要檢測帶孔徑、三維的物體時； 5）當(dāng)需要低畸變、圖像效果亮度幾乎完全一致時； 6）當(dāng)缺陷只在同一方向平行照明下才能檢測到時。其次選擇遠(yuǎn)心鏡頭，要明白遠(yuǎn)心鏡頭相關(guān)指標(biāo)對應(yīng)的使用條件： 1）物方尺寸：拍攝范圍。 2）像方尺寸：使用的CCD的靶面大小?？紤]鏡頭像面和相機(jī)芯片的匹配，對于遠(yuǎn)心鏡頭來說一般像面越大價格越高，所以我們在選擇時盡量考慮相機(jī)芯片規(guī)格和鏡頭像面規(guī)格一致的配合，如果鏡頭的像面直徑大于相機(jī)芯片的對角線，那對鏡頭來說會產(chǎn)生成本浪費(fèi)，和視野損失，如果鏡頭像面直徑小于相機(jī)芯片的對角線，那么最后的成像就會有暗角、黑角的問題。 3）工作距離：物方鏡頭前表面距離拍攝物的距離。 4）分辨率：使用的CCD像素大小。 5）景深：鏡頭能成清晰像的范圍。像/物倍率越大景深越小。 6）接口：遠(yuǎn)心鏡頭主要圍繞工業(yè)相機(jī)做匹配設(shè)計的，鏡頭和相機(jī)的接口一般也是常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)接口：C接口、F接口、M42接口、M58接口等。這些接口是鏡頭和相機(jī)它連接在一起的物理標(biāo)準(zhǔn)，它不光對應(yīng)了不同規(guī)格尺寸的卡口或螺紋對應(yīng)尺寸，它還對應(yīng)了標(biāo)準(zhǔn)的法蘭距(相機(jī)接口端面到芯片之間的距離)，一般1.2英寸極其以下靶面芯片的工業(yè)相機(jī)以C接口為主。 7）放大倍率：光學(xué)放大倍率=CCD相機(jī)元素尺寸/視場實際尺寸 =CCD（V）或（H）尺寸/視場（V）或（H）尺寸根據(jù)使用情況（物體尺寸和需要的分辨率）選擇物方尺寸合適的物方鏡頭和CCD或CMOS相機(jī)，同時得到像方尺寸，即可計算出放大倍率，然后根據(jù)產(chǎn)品列表選擇合適的像方鏡頭。選擇過程中還應(yīng)注意景深指標(biāo)的影響，因為像/物倍率越大景深越小，為了得到合適的景深，可能還需要重新選擇鏡頭。 8）畸變：遠(yuǎn)心鏡頭通過嚴(yán)格的加工制造和質(zhì)量檢驗，將此誤差嚴(yán)格控制在0.1%以下甚至無畸變。二、鏡頭選型的參數(shù)計算 1、分辨率相機(jī)的傳感器sensor是有許多像素點(diǎn)按照矩陣的形式排列而成，分辨率就是以水平方向和垂直方向的像素來表示的。分辨率越高，成像后的圖像像素數(shù)就越高，圖像就越清晰。常用的工業(yè)面陣相機(jī)分辨率有130萬、200萬、500萬等；對于線陣相機(jī)而言，分辨率就是傳感器水平方向上的像素數(shù)，常見有1K、2K、6K等。 在相機(jī)分辨率的選型上，要根據(jù)我們的項目需求而定，并不一定是分辨率越高就越好，分辨率高帶來的圖像數(shù)據(jù)量就大，后期的算法處理復(fù)雜度就高，而且一般分辨率大的相機(jī)，幀率一般都不會太高。 2、傳感器尺寸傳感器尺寸是以有效面積（寬x高）或以對角線大?。ㄓ⒋纾﹣肀硎镜模Ｒ姷膫鞲衅鞒叽缛缦拢簣D1. 傳感器尺寸傳感器尺寸越大，一定程度上表示相機(jī)可容納像素個數(shù)越多，成像的畫幅越大。3、遠(yuǎn)心度（ecentricity）不同廠家的遠(yuǎn)心鏡頭消除透視誤差的能力也有差異，這是因為遠(yuǎn)心度不同。遠(yuǎn)心度定義為主光線與光軸間的夾角θ，如圖所示。圖2. 遠(yuǎn)心度測量假設(shè)物體高低差d=2mm, 鏡頭遠(yuǎn)心度θ=0.05°，則物體位置偏移量=2mm*tan0.05°=1.7µm. 若選用普通鏡頭θ=15°，則物體位置偏移量=2mm*tan15°=535.9µm。因此對于非平面物體的測量應(yīng)用，只有選用遠(yuǎn)心度高的遠(yuǎn)心鏡頭，才能很好的消除透視誤差，從而減小測量誤差。 4、景深景深，在光學(xué)攝影中是一個很重要參數(shù)，它的大小決定著清晰圖像范圍。在遠(yuǎn)心光學(xué)成像中，景深也是一個經(jīng)常被提及的參數(shù)，它的大小取決于鏡頭倍率、光圈數(shù)、波長、像素大小、客戶使用的邊緣提取算法靈敏度。景深可用于測量應(yīng)用，它通常比缺陷檢測景深要大，圖像的對比度必須盡可能高。景深非常困難用參數(shù)來定義：它取決于倍率、光圈數(shù)、波長、像素大小、客戶使用的邊緣提取算法的靈敏度。由于這個原因：沒有客觀的，也沒有標(biāo)準(zhǔn)的方式來定義它：這是一個主觀參數(shù)。景深=(工作光圈數(shù)*像素大小*應(yīng)用程序特定參數(shù))/（放大倍率*放大倍率）。
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光輻射的危害及其防治
光輻射的危害及其防治 什么是光輻射 一般按輻射波長及人眼的生理視覺效應(yīng)將光輻射分成三部分：紫外輻射、可見光和紅外輻射。以電磁波形式或粒子（光子）形式傳播的能量，它們可以用光學(xué)元件反射、成像或色散，這種能量及其傳播過程稱為光輻射。 光輻射的危害 近年來的光生物學(xué)研究表明，光輻射與人類健康息息相關(guān)，不管是紫外光、可見光、紅外光，在照射適當(dāng)?shù)那闆r下，都能對人體的生理產(chǎn)生積極的影響。然而，在照射不足或者照射過度的情況下，光輻射帶來的影響要么是可以忽略的，要么就存在潛在危害。 紫外危害 紫外輻射是指波長范圍在100nm—400nm的光輻射，一般把100nm—280nm稱作UVC，把280nm—315nm稱作UVB，把315nm—400nm稱作UVA。其中100nm—200nm的紫外輻射被大氣吸收，對人類沒有影響，被稱為真空紫外，因此對人類有影響主要是200nm—400nm的紫外輻射。 研究表明，紫外線的有害效應(yīng)主要是由于紫外線對脫氧核糖核酸（DNA）的作用造成的。最有害的效應(yīng)是細(xì)胞致死，其它的效應(yīng)則包括致突、致癌、干擾DNA、核糖核酸（RNA）和蛋白質(zhì)的合成、細(xì)胞分裂的延遲、以及在通透性和能動性上的變化等。 就目前所知，紫外線對人體的有益效應(yīng)極少（如促進(jìn)人的皮膚中產(chǎn)生維生素D），但是紫外線能夠造成的危害卻很多。紫外線對眼睛的危害主要有：光致角膜炎、光致結(jié)膜炎、白內(nèi)障等。紫外線對面皮膚的危害主要有：紅斑（短期效應(yīng)）、皮膚癌（長期效應(yīng)）。 藍(lán)光危害 隨著時間推移，脂褐質(zhì)在視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞的積聚將使視網(wǎng)膜更容易受到長時間光照的損傷。研究表明，對由于遺傳、營養(yǎng)、環(huán)境、習(xí)慣、年齡等因素而有上述視網(wǎng)膜斑點(diǎn)問題的人群，藍(lán)光特別有害。盡管波長較短的UVA和UVB被角膜和晶狀體吸收，但是研究發(fā)現(xiàn)，紫外到藍(lán)光波段的光輻射都能造成此類危害。 可見與紅外危害 電磁波可見部分的波長范圍約在380nm到780nm之間，在這個范圍內(nèi)的各種波長，都可憑眼睛的顏色感覺來加以區(qū)別。藍(lán)色和紫色屬于短波，紅色屬于長波，黃色和綠色處于可見波長范圍的中間，也是人眼最敏感的區(qū)域。可見光的最重要的效應(yīng)就是我們的視覺，視覺是將光能轉(zhuǎn)化為電能或者神經(jīng)沖動的過程，它的光化學(xué)反應(yīng)就是光物理與光異構(gòu)化作用。視覺是人類最重要的知覺功能，人類接收的外界信息中的百分之八十到九十來自視覺，可見光使我們能夠感覺、認(rèn)識、記憶這個世界，使我們能夠維持我們的方位?？梢娕c紅外部分的光輻射危害主要有：灼傷、紅斑效應(yīng)、白內(nèi)障等。 此外高強(qiáng)度的光源光輻射也能對人體造成損傷，如直視激光會引起黃斑燒傷，會造成不能恢復(fù)的視力減退，這種傷害是生理性的，往往不能修復(fù)。 光輻射危害的防治 起初為了防止激光對人體產(chǎn)生危害，建立了IEC/EN 60825激光安全標(biāo)準(zhǔn)，將激光安全等級分為6類安全等級。如今各種光源越來越普及，為了保護(hù)人們免受光輻射造成的傷害和失明，人們制定了IEC/EN 62471標(biāo)準(zhǔn)，目的是為了評估與不同燈和燈系統(tǒng)相關(guān)的光輻射危害，并全面取代IEC/EN 60825標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于LED產(chǎn)品能量等級的要求，增加了光生物方面的要求，其中包括輻射強(qiáng)度、輻射亮度等并根據(jù)測試數(shù)據(jù)對產(chǎn)品進(jìn)行危害分級。例如美國Smar Vision Lights遵守IEC/EN 62471標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的光源，在保證多波長的基礎(chǔ)上（365nm、395nm、470nm、505nm、530nm、625nm、850nm、940nm及白光），可確保光源產(chǎn)生的光輻射對人體無危害。 根據(jù)EN 62471:2008規(guī)定，按照光輻射來源的潛在光生物學(xué)危害性，將光輻射來源劃分為不同風(fēng)險組。分組是通過風(fēng)險評估來實現(xiàn)的，而風(fēng)險評估是根據(jù)從制造商獲得的信息對單個部件或成品進(jìn)行的。若光輻射來源被劃分到“安全”組或“低風(fēng)險”組，則不需要對工作場所進(jìn)行詳細(xì)評估，因為并不存在光生物學(xué)安全隱患問題。按照危害性，根據(jù)放射限制以及危害超標(biāo)前的允許接觸時長，將光輻射來源劃分為以下四組： 風(fēng)險組判斷基礎(chǔ)安全組無光生物學(xué)危害 低風(fēng)險組正常操作情況下無光生物學(xué)危害 中風(fēng)險組由于對強(qiáng)光或熱度不適有保護(hù)性反應(yīng)，不會造成危害 高風(fēng)險組即使是短暫接觸也有危險 >>光虎光電科技（天津）有限公司<< >>公司網(wǎng)址：www.spoilthemsilly.com<<
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光度立體技術(shù)及其應(yīng)用
光度立體技術(shù)及其應(yīng)用隨著計算機(jī)視覺理論的逐漸成熟，從圖像中獲取物體表面的三維信息的算法己經(jīng)達(dá)到了實際應(yīng)用的階段。立體視覺技術(shù)、Shape From X技術(shù)、光度立體技術(shù)（Photometric Stereo）等一系列圖形算法可以自動從單幅或多幅真實物體照片中提取出其三維結(jié)構(gòu)的信息，而這些技術(shù)實施簡便，設(shè)備易于獲取，核心部件僅需一臺數(shù)碼相機(jī)即可。所以，通過應(yīng)用計算機(jī)視覺理論，從真實物體的照片中重建物體的三維結(jié)構(gòu)的技術(shù)是目前得到真實物體3D模型的比較廉價的手段。光度立體法光度立體法是SFS（Shape From Shading）陰影恢復(fù)形狀方法的一個分支，與SFS不同的是，光度立體法使用多幅圖像來還原物體表面的三維結(jié)構(gòu)，它要求物體和攝像機(jī)的相對位置不變，然后使用不同方向的光源照射物體，從而產(chǎn)生不同的明暗效果。由于有多幅不同的光源下的圖像，計算物體表面的向量場就相對容易了許多，而且不受物體表面反射系數(shù)的影響。光度立體技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)測量任何給定像素的高度不是光度立體技術(shù)的主要考慮因素。相反，該技術(shù)通過使用3D表面取向及其對反射光的影響產(chǎn)生對比度圖像，突出局部3D表面變化。使用傳統(tǒng)的2D成像時，顯示的變化可能是不可見的。當(dāng)使用光度立體技術(shù)時，不需要知道測試對象和相機(jī)之間的精確3D關(guān)系，也不必使用兩個相機(jī)來捕獲3D數(shù)據(jù)。而是使用具有多個照明源的單個相機(jī)系統(tǒng)。通過在不同光照條件下觀察物體，計算其表面。該方法是利用表面相對于光源，從傳感器觀察到的表面反射的光量來進(jìn)行計算的。由于光度立體算法的出現(xiàn)，人們越來越意識到良好的照明以及低成本的多光解決方案是機(jī)器視覺成功的關(guān)鍵，例如Smart Vision Lights的LED燈管理器（LLM）（允許通過以下方式控制四個燈）基于瀏覽器的簡單界面，成本低于幀抓取器或智能相機(jī)分線盒，光度立體學(xué)在工業(yè)中的應(yīng)用越來越受到關(guān)注，其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)使得許多以前難以或不可能解決的常見工業(yè)檢測應(yīng)用成為可能。 光度立體技術(shù)的應(yīng)用輪胎和夾子例如，無論零件是卡車輪胎還是汽車夾，在零件上讀取凸起的字母對于機(jī)器視覺系統(tǒng)來說總是有問題的。在這個例子中，塑料連接器表面具有多種特征，以及數(shù)字"2"和方向符號。從組成圖像中可以看到，包含剪輯的材料和凸起的字母之間沒有區(qū)別，因此沒有對比度。在較大的物體（如輪胎）上，通常使用激光三角測量系統(tǒng)創(chuàng)建 3D 曲面圖。用于 3D 測量的激光掃描系統(tǒng)已變得更加集成和有效，但仍是成本高昂的解決方案，并且通常要求對象在檢查過程中移動，從而增加了自動化解決方案的成本和復(fù)雜性。在這些照片中，黑色塑料夾由位于輪胎周邊 90 度、180 度、270 度和 360 度的線性微型 （LM） LED 燈照亮，并由 LED 燈管理器 （LLM） 控制。當(dāng)相機(jī)觸發(fā)每次曝光時，LLM 會從不同的方向觸發(fā)光線。相機(jī)將每個圖像導(dǎo)入帶有光度立體算法的 PC 中，該算法從每個圖像中獲得最佳像素，并將它們組合成一個合成圖。（圖片由Matrox Imaging提供）合成皮革穿孔在這個例子中，顯示了四張合成皮革材料的圖片。人造革，與其模仿的有機(jī)材料類似，具有相當(dāng)大的表面紋理。人眼幾乎不可能在整個圖像上可視化100％的表面紋理。
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