遠(yuǎn)心鏡 - 鏡頭選擇與光學(xué)原理及設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)選擇要素分析

A: 遠(yuǎn)心鏡頭設(shè)計(jì)時(shí)即考慮到景深、倍率、光圈、工作距離等參數(shù)取得最佳點(diǎn)，所以景深均為固定的數(shù)值，如要增長(zhǎng)景深，而犧牲別的參數(shù)，會(huì)影響鏡頭質(zhì)量。

Q: 如果要看到1μm的物體可用何種鏡頭？

A: 要看到小于1μm以下物體，必須用高倍顯微物鏡，但工作距離變得很小(約7㎜)，景深變得很淺了。

Q: 用遠(yuǎn)心鏡頭所放大的影像到底是多少倍？

A: 影像實(shí)總際放大倍率是等于鏡頭光學(xué)倍率×Monitor放大倍率，Monitor放大倍率是Monitor對(duì)角線除上CCD Sensor對(duì)角線(1/3〞CCD Sensor投射到14吋Monitor是59.3倍)。

Q: 遠(yuǎn)心鏡頭除了C-mount之外，可否提供其它mount選擇？

A: 除了C-mount之外，還有直徑φ17㎜及直徑φ12㎜二種mount供選擇，這些mount是針對(duì)筆型CCD專(zhuān)用的鏡頭。

三、像方遠(yuǎn)心光路原理及作用

像方主光線平行于光軸主光線的會(huì)聚中心位于物方無(wú)限遠(yuǎn)，稱之為：像方遠(yuǎn)心光路
作用：可以消除像方調(diào)焦不準(zhǔn)引入的測(cè)量誤差，用途：大地測(cè)量?jī)x器

四、雙側(cè)遠(yuǎn)心光路原理及作用

綜合了物方/像方遠(yuǎn)心的雙重作用。主要用于視覺(jué)測(cè)量檢測(cè)領(lǐng)域。

優(yōu)勢(shì)：
1、大景深；
2、景深范圍內(nèi)物像倍率不變
3、低畸變通常<1%（全幅畫(huà)面）
4、垂直成像時(shí)，無(wú)投影現(xiàn)象

劣勢(shì)：
1、體積大、重量沉，由于平行光路入射，鏡頭的口徑要大于被攝物體
2、焦距固定，變焦困難
3、工作距離相對(duì)較短
4、光闌小，需要更強(qiáng)的照明

在設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)時(shí)，使用工業(yè)數(shù)字相機(jī)還是工業(yè)模擬相機(jī)是最重要的決定之一。二者各有其優(yōu)缺點(diǎn)，但歸根結(jié)底要根據(jù)成本和一些關(guān)鍵操作因素來(lái)選擇。如果考慮了這些因素，哪一項(xiàng)技術(shù)更有優(yōu)勢(shì)就會(huì)明朗化了。

機(jī)器視覺(jué)基礎(chǔ)

機(jī)器視覺(jué)被應(yīng)用于自動(dòng)質(zhì)量檢驗(yàn)、工藝控制、參數(shù)測(cè)量和自動(dòng)組裝等等許多領(lǐng)域。在這些系統(tǒng)中，相機(jī)是決定著成本、速度和精度的關(guān)鍵組件。工業(yè)模擬相機(jī)和工業(yè)數(shù)字相機(jī)都可以用在這些系統(tǒng)中，而了解工業(yè)相機(jī)的性能規(guī)格及其在各種視覺(jué)任務(wù)中的重要性，對(duì)于把機(jī)器視覺(jué)付諸工業(yè)控制是最基本的一步。

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)包括三個(gè)主要部分：工業(yè)相機(jī)、采集卡和存儲(chǔ)并分析圖像以提取信息的計(jì)算機(jī)（或圖像處理器）。圖像處理器和采集卡屬于相對(duì)容易選擇的電子裝置，它們的主要參數(shù)是存儲(chǔ)能力和處理速度。

工業(yè)相機(jī)是這些系統(tǒng)中情況最為復(fù)雜的部分?，F(xiàn)代的工業(yè)模擬相機(jī)和工業(yè)數(shù)字相機(jī)采用電荷耦合器件（CCD）或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）芯片來(lái)捕獲圖像并生成電子信號(hào)發(fā)送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。

CCD和CMOS成像器由一系列方形光電池組成，它們將收集到的光子轉(zhuǎn)化為電子，并將生成的電荷積蓄起來(lái)。在CCD中，當(dāng)從芯片中每次讀取一個(gè)像素時(shí)，電荷被轉(zhuǎn)換成電壓；而在CMOS中，每個(gè)光敏器件旁邊的電路將光能轉(zhuǎn)化成電壓。

二者在圖像質(zhì)量上沒(méi)有明顯的優(yōu)劣之分。基于CMOS的工業(yè)相機(jī)需要的部件較少，電耗較低，提供數(shù)據(jù)的速度也比基于CCD的相機(jī)快； 但CCD則是更為成熟的技術(shù)，能夠以較低的噪聲提供質(zhì)量更好的圖像，而弱點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸速度較慢，不太靈活，部件較多和電耗較高。

信號(hào)精度

CCD和CMOS芯片在內(nèi)部都生成模擬信號(hào)，因此，模擬相機(jī)和數(shù)字相機(jī)之間的主要區(qū)別在于圖像是在哪里被數(shù)字化的。數(shù)字相機(jī)在相機(jī)里將信號(hào)數(shù)字化，并且通過(guò)串行總線接口（比如FireWire, USB, Camera Link, Gigabit Ethernet）將信號(hào)以數(shù)字方式傳輸給計(jì)算機(jī)（或圖像處理器）。而在另一方面，模擬相機(jī)系統(tǒng)并不是在其內(nèi)部將圖像信號(hào)數(shù)字化（數(shù)字化是由計(jì)算機(jī)完成的），所以，模擬信息是通過(guò)同軸電纜而進(jìn)行傳輸?shù)摹?/p>

盡管兩種方法都能夠有效地傳輸信號(hào)，但模擬信號(hào)可能會(huì)由于工廠內(nèi)其他設(shè)備（比如電動(dòng)機(jī)或高壓電纜）的電磁干擾而造成失真。隨著噪聲水平的提高，模擬相機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍（原始信號(hào)與噪聲之比）會(huì)降低。動(dòng)態(tài)范圍決定了有多少信息能夠被從相機(jī)傳輸給計(jì)算機(jī)。