機(jī)器視覺相關(guān)工業(yè)通信協(xié)議介紹

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(jiǎn)而言之，工業(yè)通信驅(qū)動(dòng)程序和協(xié)議構(gòu)成了工業(yè)自動(dòng)化的基礎(chǔ)。機(jī)器視覺亦離不開工業(yè)通信手段。 自動(dòng)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(hào)、同步設(shè)備、檢測(cè)錯(cuò)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?yàn)槊糠N協(xié)議都是為特定目的和應(yīng)用而設(shè)計(jì)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(jí)通信協(xié)議。因此，任何自動(dòng)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(dòng)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(gè)跨越四個(gè)主要層的連接網(wǎng)絡(luò)，其中包括現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)化系統(tǒng)中使用不同類型的工業(yè)通信協(xié)議，因?yàn)槊糠N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?yàn)樗麄兊墓?yīng)商會(huì)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?yàn)樗牡乩砜捎眯曰蚱鋵?duì)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(dòng)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(dòng)化應(yīng)用提供通信能力，包括監(jiān)控、監(jiān)控、運(yùn)動(dòng)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(dòng)，該體系結(jié)構(gòu)支持相同對(duì)象和設(shè)備配置文件的可重用性。從而確保在多個(gè)子網(wǎng)中運(yùn)行的不同供應(yīng)商的多個(gè)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(yàn)和消息傳輸簡(jiǎn)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(shí)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?？刂破骺梢允?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(dòng)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(shí)】光虎光學(xué)專業(yè)生產(chǎn)由德國(guó)設(shè)計(jì)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?shí)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/

工業(yè)鏡頭設(shè)計(jì)之球面鏡和非球面鏡

所謂球面和非球面，主要是針對(duì)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?cè)谄叫械娜肷涔獾恼凵浞较蛏袭a(chǎn)生差異，從而影響工業(yè)鏡頭成像效果的好壞。

巨型幀的簡(jiǎn)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。

機(jī)器視覺中的精度

無論使用何種儀器來測(cè)量參數(shù)，都有兩個(gè)關(guān)鍵因素：準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。一個(gè)基本的經(jīng)驗(yàn)法則是，測(cè)量?jī)x器應(yīng)該至少比它要測(cè)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(cè)量?jī)x器都有一個(gè)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(duì)應(yīng)于分辨率，但不一定對(duì)應(yīng)于機(jī)器視覺系統(tǒng)的靈敏度——系統(tǒng)能夠檢測(cè)到的測(cè)量值的最小變化。在機(jī)器視覺中，這對(duì)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(cè)量零件時(shí)，通常面臨著一個(gè)問題：零件特征的邊緣通常不會(huì)精確落在一個(gè)像素或兩個(gè)像素之間。邊緣的影響通常會(huì)在幾個(gè)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(gè)屬性來表征 1、對(duì)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(duì)象的邊緣通常覆蓋具有特定灰度輪廓的幾個(gè)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(jì)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?duì)象距離的某個(gè)增量?jī)?nèi)的通過對(duì)象空間中的像素。例如，將灰度輪廓視為曲線，可以計(jì)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(jì)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(shí)會(huì)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(gè)“刻度”（一個(gè)像素或亞像素距離）。每個(gè)“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(gè)“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(gè)步長(zhǎng)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(yàn)法則與精度相同，因此系統(tǒng)對(duì)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?yàn)樗梢酝ㄟ^校準(zhǔn)得出，但可重復(fù)性更為重要，因?yàn)樗荒芡ㄟ^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(yàn)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(shí)際上，無論遵守什么“規(guī)則”，測(cè)量?jī)x器的準(zhǔn)確度或重復(fù)性不應(yīng)等于被測(cè)量尺寸的公差，事實(shí)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)器視覺通常可用于滿足此類“規(guī)則”的許多計(jì)量應(yīng)用。在某些情況下，無論系統(tǒng)分辨率或理論像素大?。ㄒ晥?chǎng)除以水平/垂直方向的像素?cái)?shù)）如何，性能都接近工業(yè)環(huán)境中機(jī)器視覺的實(shí)際極限。 在要測(cè)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(chǎng)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(gè)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(guó)設(shè)計(jì)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?shí)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/

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(shí)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(duì)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(rùn)濕母材，填充接頭間隙，并與母材互相擴(kuò)散實(shí)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(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、勞動(dòng)環(huán)境差，其品質(zhì)依賴操作者的技能、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，也和操作者情緒及身體狀況相關(guān)，因此，焊接自動(dòng)化技術(shù)對(duì)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(shí)現(xiàn)了焊接自動(dòng)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(duì)，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(shí)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(huì)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(shí)，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(duì)小面積的影響，該過程會(huì)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(shí)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(shí)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(shì)>> 焊工和操作員可以根據(jù)圖像實(shí)時(shí)調(diào)整工藝>> 圖像可用于圖像分析和自動(dòng)化>> 可以存儲(chǔ)圖像或視頻以進(jìn)行質(zhì)量記錄>> 快速錯(cuò)誤檢測(cè)可減少報(bào)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(xiǎn)>> 縮短焊接過程的設(shè)置時(shí)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(dòng)焊接>> 線性焊接>> 軌道焊接【來源：光虎視覺內(nèi)部培訓(xùn)資料】

景深

景深景深是光學(xué)攝影中一個(gè)很重要的參數(shù)，它是指光學(xué)系統(tǒng)獲取清晰成像時(shí)，被測(cè)物體所能移動(dòng)的距離范圍。當(dāng)一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的景深較小時(shí)，就會(huì)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(duì)光學(xué)系統(tǒng)的景深進(jìn)行計(jì)算時(shí)，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(shí)所形成的一個(gè)擴(kuò)大的圓。如果彌散圓的直徑足夠小，成像會(huì)足夠清晰；如果彌散圓再大些，成像就會(huì)顯得模糊。中間的臨界點(diǎn)，這個(gè)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(cè)量景深的圖片。其中圖二為型號(hào)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(shí)際應(yīng)用中，景深可分為前景深和后景深，計(jì)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(shí)，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??；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(shí)，焦距越大，景深越?。唤咕嘣叫?，景深越大。當(dāng)鏡頭焦距、F數(shù)確定時(shí)，工作距離越大，景深越大；工作距離越小，景深也會(huì)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(jì)決定，這些調(diào)整只能在設(shè)計(jì)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(gè)相對(duì)的概念，在景深之內(nèi)和景深之外，并不存在絕對(duì)的清晰或者模糊的界限。景深的測(cè)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。【來源：光虎視覺內(nèi)部培訓(xùn)資料】

曝光時(shí)間對(duì)成像質(zhì)量的影響

曝光時(shí)間對(duì)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(shí)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(dòng)，生成的圖像可能會(huì)模糊。為了最大程度的優(yōu)化圖像質(zhì)量，可以計(jì)算最小曝光時(shí)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(shí)間對(duì)圖像質(zhì)量的影響并避免它。什么是曝光時(shí)間曝光時(shí)間或快門速度是讓光線落在圖像傳感器上的時(shí)間。曝光時(shí)間越長(zhǎng)，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(shí)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(duì)于傳感器移動(dòng)并在曝光時(shí)間內(nèi)移動(dòng)跨越2個(gè)或更多像素時(shí)所得到的。當(dāng)拍攝移動(dòng)速度超過在曝光時(shí)間內(nèi)可以完全靜止運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)，就會(huì)看到這一現(xiàn)象。在左邊的圖像中，可以清晰的拍到運(yùn)動(dòng)員，但是球移動(dòng)得非?？欤瑢?dǎo)致看起來很模糊。本例中的曝光時(shí)間為 1/500 秒（2 毫秒），但在此曝光期間球移動(dòng)了許多像素?？扉T速度越快，物體相對(duì)于它開始的位置移動(dòng)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(huì)移動(dòng)，但擔(dān)心的是物體在曝光時(shí)間內(nèi)移動(dòng)所產(chǎn)生的影響。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的不同，圖像處理可能對(duì)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(dòng)1個(gè)像素，則在傳感器上呈現(xiàn)出來的圖像就整體偏移了1個(gè)像素，這就是“像素模糊”?？扉T速度越快，物體相對(duì)于它開始的位置移動(dòng)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(huì)移動(dòng)，但擔(dān)心的是物體在曝光時(shí)間內(nèi)移動(dòng)所產(chǎn)生的影響。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的不同，圖像處理可能對(duì)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(dòng)1個(gè)像素，則在傳感器上呈現(xiàn)出來的圖像就整體偏移了1個(gè)像素，這就是“像素模糊”。如何計(jì)算最合適的曝光時(shí)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(jì)算合適的曝光時(shí)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(shí)間然后，就可以使用以下公式計(jì)算對(duì)象在曝光期間將移動(dòng)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(dòng)方向的視野Te = 曝光時(shí)間（以秒為單位）Np = 跨越視野的像素?cái)?shù)光虎視覺認(rèn)為，在大多數(shù)情況下，產(chǎn)生超過1個(gè)像素的拖影時(shí)，模糊就會(huì)成為一個(gè)問題。在精密測(cè)量中，即使是1個(gè)像素的模糊也可能太多，需要使用更快的曝光時(shí)間?！緛碓矗汗饣⒁曈X內(nèi)部培訓(xùn)資料】

平場(chǎng)校正技術(shù)

平場(chǎng)校正技術(shù)什么是平場(chǎng)校正？平場(chǎng)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(duì)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(chǎng)校正什么時(shí)候會(huì)用到平場(chǎng)校正？由于自然制造公差，每個(gè)傳感器的亮度輸出都有一定程度的不均勻性，每個(gè)像素對(duì)相同數(shù)量的光的反應(yīng)可能不同。使用面陣相機(jī)時(shí)，圖像中亮度的差異不會(huì)產(chǎn)生太大的影響，因?yàn)檎麄€(gè)圖像中出現(xiàn)的差異很小。整體圖像幾乎不受影響，通常對(duì)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(shí)，線掃相機(jī)的傳感器高度只有幾個(gè)像素，這意味著任何像素產(chǎn)生的錯(cuò)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(cuò)誤可能會(huì)以垂直條紋的形式發(fā)生，會(huì)對(duì)記錄的圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生重大影響。如何平場(chǎng)校正？圖像的誤差可以通過兩個(gè)步驟來進(jìn)行校正：暗信號(hào)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(duì)于 PRNU，必須用均勻的照明記錄參考圖像。因此，平場(chǎng)校正中的這兩個(gè)單獨(dú)的步驟分別稱為暗場(chǎng)校正和亮場(chǎng)校正。平場(chǎng)校正的第一步：低暗噪聲校正，用于盡可能降低暗信號(hào)非均勻性（也稱為偏移噪聲或固定模式噪聲）。因此，暗場(chǎng)和亮場(chǎng)校正都是校正 DSNU 和 PRNU 的平場(chǎng)校正的一部分。暗場(chǎng)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(duì)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(chǎng)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(shí)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(gè)寬度下的均勻亮度。平場(chǎng)校正優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用行業(yè)在平場(chǎng)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(duì)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。

光學(xué)基礎(chǔ)概念之F-Number

在鏡頭行業(yè)里，一般不常使用相對(duì)孔徑的概念，而是使用相對(duì)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(duì)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?yàn)榕臄z的曝光時(shí)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?yàn)閳A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(jì)算得到： 二、F數(shù)與光圈的關(guān)系 F數(shù)和光圈是一個(gè)反比關(guān)系。即F值越小，光圈越大。F值越大，光圈越?。籉值越小，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(gè)概念。光線射入透鏡匯聚成一點(diǎn)，在數(shù)學(xué)上，這個(gè)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(huì)產(chǎn)生一個(gè)擴(kuò)大的圓，這個(gè)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(gè)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(duì)應(yīng)著前景深，后焦深對(duì)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(zhǎng)和光圈直徑。 彌散圈直徑= 其中λ是光的波長(zhǎng)，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(duì)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。

遠(yuǎn)心鏡頭如何進(jìn)行參數(shù)選型

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(gè)重要的問題，也就是說我們?cè)撊绾瓮ㄟ^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(shí)，首先應(yīng)明白在什么時(shí)候需要時(shí)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(shì) 當(dāng)檢查物體遇到以下6種情況時(shí)，最好選用遠(yuǎn)心鏡頭： 1）當(dāng)需要檢測(cè)有厚度的物體時(shí)（厚度>1/10 FOV直徑）； 2）需要檢測(cè)不在同一平面的物體時(shí)；       3）當(dāng)不清楚物體到鏡頭的距離究竟是多少時(shí)；        4）當(dāng)需要檢測(cè)帶孔徑、三維的物體時(shí)；         5）當(dāng)需要低畸變、圖像效果亮度幾乎完全一致時(shí)；        6）當(dāng)缺陷只在同一方向平行照明下才能檢測(cè)到時(shí)。其次選擇遠(yuǎn)心鏡頭，要明白遠(yuǎn)心鏡頭相關(guān)指標(biāo)對(duì)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(duì)于遠(yuǎn)心鏡頭來說一般像面越大價(jià)格越高，所以我們?cè)谶x擇時(shí)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(duì)角線，那對(duì)鏡頭來說會(huì)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(duì)角線，那么最后的成像就會(huì)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(jì)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(duì)應(yīng)了不同規(guī)格尺寸的卡口或螺紋對(duì)應(yīng)尺寸，它還對(duì)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(chǎng)實(shí)際尺寸 =CCD（V）或（H）尺寸/視場(chǎng)（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(shí)得到像方尺寸，即可計(jì)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?yàn)橄?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(yàn)，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(jì)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?cái)?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(duì)于線陣相機(jī)而言，分辨率就是傳感器水平方向上的像素?cái)?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(xiàng)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(huì)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(duì)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(gè)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?yàn)檫h(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(cè)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(duì)于非平面物體的測(cè)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(cè)量誤差。 4、景深景深，在光學(xué)攝影中是一個(gè)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(gè)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(zhǎng)、像素大小、客戶使用的邊緣提取算法靈敏度。景深可用于測(cè)量應(yīng)用，它通常比缺陷檢測(cè)景深要大，圖像的對(duì)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(zhǎng)、像素大小、客戶使用的邊緣提取算法的靈敏度。由于這個(gè)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(gè)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）。

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(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)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(duì)人類沒有影響，被稱為真空紫外，因此對(duì)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(duì)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(dòng)性上的變化等。 就目前所知，紫外線對(duì)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(duì)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(duì)面皮膚的危害主要有：紅斑（短期效應(yīng)）、皮膚癌（長(zhǎng)期效應(yīng)）。 藍(lán)光危害 隨著時(shí)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(zhǎng)時(shí)間光照的損傷。研究表明，對(duì)由于遺傳、營(yíng)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(zhǎng)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(zhǎng)范圍約在380nm到780nm之間，在這個(gè)范圍內(nèi)的各種波長(zhǎng)，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(zhǎng)波，黃色和綠色處于可見波長(zhǎng)范圍的中間，也是人眼最敏感的區(qū)域?？梢姽獾淖钪匾男?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(dòng)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(shí)、記憶這個(gè)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(duì)人體造成損傷，如直視激光會(huì)引起黃斑燒傷，會(huì)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(duì)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(jí)分為6類安全等級(jí)。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(píng)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(jí)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(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行危害分級(jí)。例如美國(guó)Smar Vision Lights遵守IEC/EN 62471標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的光源，在保證多波長(zhǎng)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(duì)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(xiǎn)組。分組是通過風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估來實(shí)現(xiàn)的，而風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是根據(jù)從制造商獲得的信息對(duì)單個(gè)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(xiǎn)”組，則不需要對(duì)工作場(chǎng)所進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估，因?yàn)椴⒉淮嬖诠馍飳W(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(shí)長(zhǎng)，將光輻射來源劃分為以下四組： 風(fēng)險(xiǎn)組判斷基礎(chǔ)安全組無光生物學(xué)危害 低風(fēng)險(xiǎn)組正常操作情況下無光生物學(xué)危害 中風(fēng)險(xiǎn)組由于對(duì)強(qiáng)光或熱度不適有保護(hù)性反應(yīng)，不會(huì)造成危害 高風(fēng)險(xiǎn)組即使是短暫接觸也有危險(xiǎn) >>光虎光電科技（天津）有限公司<< >>公司網(wǎng)址：www.spoilthemsilly.com<<