使用光學(xué)優(yōu)化機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用

解釋使用光學(xué)的基本原理，以優(yōu)化機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用。

鏡頭負(fù)責(zé)創(chuàng)建足夠的圖像質(zhì)量，以使視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)提取關(guān)于從圖像中對(duì)象所需的信息。在典型的應(yīng)用中，鏡頭需要定位視場(chǎng)（FOV）的領(lǐng)域內(nèi)的特征，確保功能都在焦點(diǎn)，最大化對(duì)比度和避免透視失真。什么可以是足夠的圖像質(zhì)量為一個(gè)應(yīng)用程序可能不足以另一個(gè)。本文將介紹使用光學(xué)優(yōu)化機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的基礎(chǔ)知識(shí)。

 

機(jī)器視覺(jué)光學(xué)的基本知識(shí)

由鏡頭成像的被攝體區(qū)域被稱為視場(chǎng)（FOV）的字段。視場(chǎng)應(yīng)包括那些對(duì)與對(duì)齊誤差公差檢查所有功能。工作距離（WD）是被成像從鏡頭到對(duì)象的前部的距離。

景深（DOF）是最大對(duì)象深度，可以完全在焦點(diǎn)被維持。傳感器的尺寸是相機(jī)傳感器的有源區(qū)域中，典型地在水平維度指定的大小。主倍率是傳感器尺寸和視場(chǎng)之間的比率。與保持恒定主倍率，降低了傳感器的尺寸減小的視場(chǎng)，并提高了傳感器的尺寸增大的視場(chǎng)。

 

分辨率

分辨率是視覺(jué)系統(tǒng)再現(xiàn)物體細(xì)節(jié)的能力的一種測(cè)量方法。例如，一個(gè)帶有兩個(gè)小物體的圖像，它們之間有一定的有限距離。當(dāng)它們通過(guò)鏡頭成像到傳感器上時(shí)，它們是如此緊密的結(jié)合在一起，它們被成像到相鄰的像素上。如果我們要放大，我們會(huì)看到一個(gè)對(duì)象，是兩個(gè)大小的像素，因?yàn)閭鞲衅鞑荒芙鉀Q的對(duì)象之間的距離。的對(duì)象之間的分離已被增加到一個(gè)點(diǎn)，有一個(gè)在圖像中的它們之間的分離的像素。這種圖案的像素，像素和像素上，稱為線對(duì)，是用來(lái)定義系統(tǒng)的像素分辨率。

 

對(duì)比

對(duì)比度是在圖像中的黑人和白人之間的強(qiáng)度的分離。一個(gè)黑人和一個(gè)白人之間的差異越大，對(duì)比度越好。例如，在相同的高分辨率傳感器相同的位置和焦距不同的鏡頭拍攝的一個(gè)不一樣的標(biāo)簽的兩個(gè)不同的圖像。不同的是，用于在右邊的圖像的鏡頭提供了更高的對(duì)比度，因?yàn)樗且粋€(gè)更好的匹配的高分辨率傳感器。

顏色過(guò)濾可以用來(lái)增加對(duì)比度。一個(gè)機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)來(lái)區(qū)分紅色和綠色的凝膠膠囊添加一個(gè)紅色或綠色的過(guò)濾器，增加了對(duì)比度的角度來(lái)看，視覺(jué)解決方案變得更加強(qiáng)大。

 

衍射

在現(xiàn)實(shí)世界中，衍射，有時(shí)被稱為鏡頭模糊，降低了在高空間頻率的對(duì)比度，設(shè)置一個(gè)較低的限制，對(duì)圖像的光斑尺寸。

相同的測(cè)試應(yīng)用到不同的鏡頭具有相同的焦距和相同的視野，使用相同的圖像傳感器將產(chǎn)生一個(gè)對(duì)比度降低到47%的中心，42%在底部中間和37%在角落里。三分之一鏡頭是不同的，在該性能是好的在中心的圖像在52%對(duì)比度，下降到36%的角落位置，并下降甚至更多的底部中間到22%。值得注意的是，所有這三個(gè)鏡頭都有相同的視場(chǎng)、景深、分辨率和初級(jí)放大。鏡頭的性能可以有一個(gè)戲劇性的影響，傳感器的能力，辨別在應(yīng)用程序中是重要的細(xì)節(jié)。

 

景深

字段的深度是最接近和最遠(yuǎn)的工作距離之間的差異的一個(gè)對(duì)象可能會(huì)被觀察之前觀察到一個(gè)不可接受的模糊。f停止值（F / #），也被稱為光圈或光圈鏡頭的設(shè)置有助于確定景深。F / #是鏡頭焦距除以鏡頭的直徑。F / #是指定的大部分鏡頭在無(wú)窮遠(yuǎn)焦距。為減少F / #，鏡頭不光收集。減少光圈設(shè)置或使光圈較小增加場(chǎng)深度。

增加的允許模糊也增加景深。在景深最佳聚焦位置由綠線，這是接近最接近鏡頭的景深的末端。

一個(gè)用不同的焦距，是專為機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生以下結(jié)果：鏡頭與光圈完全開(kāi)放，線是灰色而不是黑色和白色的數(shù)字有點(diǎn)清晰，但高度模糊；與虹膜大多封閉，提高了分辨率，更在該地區(qū)的利益和圖像是鋒利在工作距離范圍顯示。

 

扭曲

失真是一種光學(xué)誤差或像差，導(dǎo)致在不同的放大倍數(shù)在圖像內(nèi)的不同點(diǎn)。透視變形是由一個(gè)事實(shí)，即進(jìn)一步的一個(gè)對(duì)象是從相機(jī)，較小的它通過(guò)一個(gè)鏡頭。透視變形可以最小化通過(guò)保持相機(jī)垂直于視圖的字段。

透視失真可以用遠(yuǎn)心鏡頭來(lái)盡量減少光。

 

結(jié)論

光學(xué)是非常重要的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的整體成功。這里所示的例子表明考慮的整體系統(tǒng)，包括光學(xué)，照明和視覺(jué)系統(tǒng)，而不是簡(jiǎn)單地挑選組件的重要性。當(dāng)你在討論與供應(yīng)商的應(yīng)用程序時(shí)，一定要完全解釋檢查的目標(biāo)，而不是只是要求特定的組件，使供應(yīng)商可以有助于應(yīng)用程序的成功。

 

技術(shù)提示

目標(biāo)可以被用來(lái)確定一個(gè)系統(tǒng)的限制分辨率以及如何以及傳感器和光學(xué)相互補(bǔ)充。

在現(xiàn)實(shí)世界中，衍射，有時(shí)被稱為鏡頭模糊，降低了在高空間頻率的對(duì)比度，設(shè)置一個(gè)較低的限制，對(duì)圖像的光斑尺寸。

透視失真可以用遠(yuǎn)心鏡頭來(lái)盡量減少光。