【光學(xué)知識】對于視覺精度，你可以貪心點(diǎn)——光虎大靶遠(yuǎn)心、液態(tài)遠(yuǎn)心鏡頭系列

視覺精度，指的是在機(jī)器視覺系統(tǒng)最終的成像中，每個像素的尺寸對應(yīng)在現(xiàn)實(shí)中的尺寸。比如視覺精度1微米，即代表畫面中一個像素格對應(yīng)了現(xiàn)實(shí)世界1微米的長度，此時(shí)若待測物的實(shí)際尺寸為100微米，那就需要100個像素格來顯示它。隨著機(jī)器視覺行業(yè)的高速發(fā)展，從業(yè)者們對視覺精度的要求越來越高，視覺精度高已經(jīng)成為了很多測量項(xiàng)目的基礎(chǔ)要求。比如機(jī)械件加工要求公差為1絲，如果此時(shí)的視覺精度達(dá)到十微米，因?yàn)闊o法判斷到底是視覺方案引起的誤差還是零件加工的公差，項(xiàng)目將無法進(jìn)行，所以提高視覺精度的需求已成主流。而視覺精度直接和鏡頭倍率和相機(jī)的像元尺寸掛鉤，計(jì)算方法為視覺精度=相機(jī)像元尺寸/鏡頭倍率，所以想要提高視覺精度，只有縮小像元尺寸或者提升鏡頭的倍率。提升鏡頭的倍率就代表著視野和景深的縮小，此時(shí)我們?nèi)绾巫龅健凹纫忠蹦?？首先是保證視野的同時(shí)提高精度方向，我們需要更大像面的鏡頭，來擴(kuò)大同倍率鏡頭的視野。尤其是隨著線掃相機(jī)的大量應(yīng)用，大像面鏡頭變得越來越受歡迎。圖1展示的就是光虎新推出的大靶面物方遠(yuǎn)心鏡頭DT2244FT。圖1 DT2244FT該鏡頭倍率為兩倍，由于設(shè)計(jì)像面直徑為44毫米，所以其擁有著22毫米的視野，并且能在F8時(shí)全視野達(dá)到2.68微米的分辨率。下圖為與像面直徑11.5毫米的OTL11.5-20-110C的效果對比畫面。圖2 OTL11.5-20-110C，視野為5.75毫米，該鏡頭F數(shù)為13，分辨率為4.36微米圖3 OTL44-20-110M58T，視野為22毫米，在F8時(shí)可以達(dá)到2.68微米的分辨率圖4 照片放大五倍后依然有著很高的清晰度這就是大像面帶來好處，可以在不損失精度和清晰度的情況下放大視野，且這支鏡頭還有可變光圈和同軸設(shè)計(jì)，使用起來也更方便。同時(shí)保持高精度和大視野的方向已經(jīng)有了思路，那么同時(shí)保持高精度和大景深的方向呢？景深一般都與F數(shù)和倍率有關(guān)，在通常情況下，倍率越大景深越小，F(xiàn)數(shù)越大景深越大。從這個角度上講，我們需要小倍率，大F數(shù)來獲得大景深。但是小倍率會降低視覺精度，而大F數(shù)其實(shí)就是小開孔的光圈，這會使光的衍射更加明顯，導(dǎo)致分辨率下降。并且小開孔的光圈會讓成像的亮度下降，這對于很多追求效率而使用高速快門的機(jī)器來講是無法接受的。在這里光虎的思路是研發(fā)液態(tài)鏡頭，液態(tài)鏡片可以通過磁場改變鏡片的曲率，經(jīng)過光虎的設(shè)計(jì)后，讓其能改變鏡頭的工作距，然后通過鏡頭的可變工作距，賦予鏡頭在保持高分辨率的同時(shí)探索高低落差的能力。比較常見的使用方法是，通過改變鏡頭的工作距，在待測物的高低落差上連續(xù)拍攝照片，并通過景深融合技術(shù)將圖片融合在一起，就可以讓小景深鏡頭擁有類似大景深的效果。圖5 OTLY11.5-20-65C物方遠(yuǎn)心液態(tài)鏡頭，物方分辨率為4.362微米，倍率為2倍，F(xiàn)數(shù)為13光虎的OTLY11.5-20-65C，它本身擁有著0.26毫米的景深，通過液態(tài)鏡片的調(diào)節(jié)，工作距離可以還在57~74毫米之間無極電調(diào)，并且光虎設(shè)法讓其實(shí)現(xiàn)了全景深全視野全工作距一致的高分辨率、高均勻度、低畸變率和低遠(yuǎn)心度，這讓最終的成像可以準(zhǔn)確的融合在一起，沒有偏移跑位或者畸變，圖片看上去像原生的一樣好。在下圖展示的案例中，待測物為機(jī)床銑刀的刀頭，待測物的落差約為3毫米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于OTLY11.5-20-65C原生的0.26毫米景深，但是因?yàn)槠?7mm的可調(diào)工作距，光虎可以在不同工作距上拍攝多張照片，最終進(jìn)行景深融合，最終得到圖10的效果。圖6 二十張不同景深的照片圖7 最遠(yuǎn)圖8 中間圖9 最近圖10 合成依靠光虎的反復(fù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在鏡頭中不斷變化曲率的鏡片并沒有影響整只鏡頭的成像效果，所以在需要的時(shí)候，液態(tài)鏡頭同樣也可以換裝小光圈提高景深，將OTLY11.5-20-65C的光圈從F13換到F20，物方分辨率從4.362微米下降到6.71微米，景深從0.26毫米提升到0.4毫米，此時(shí)同樣的任務(wù)僅需九張圖即可完成。并且因?yàn)榉直媛氏陆递^少，景深的提升反而提升了成像的寬容度，使最終融合的效果一樣出色。圖11 僅拍攝九張圖片，耗時(shí)減少一半圖12 大景深版本OTLY11.5-20-65C表現(xiàn)一樣優(yōu)秀這就是光虎針對更新的市場要求給出的兩個新的代表性鏡頭。光虎一直沒有停下提升自己，努力研發(fā)的腳步，對于大靶面系列和更多型號的液態(tài)鏡頭探索仍在繼續(xù)。其他的系列以及改進(jìn)型號也在推進(jìn)，比如新出廠的OTL29.7-03-250M42大視野大靶面物方遠(yuǎn)心鏡頭，相比于之前相似型號TTL28.5-105-160F，重量從3.3公斤下降到了僅有1.3公斤，長度也縮短了100毫米，這正是光虎努力提升自己光學(xué)設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)的結(jié)果。而且光虎從來不放棄自己的高標(biāo)準(zhǔn)，一直對標(biāo)國際一線鏡頭性能，以后也將為市場帶來更多更好用更強(qiáng)大的鏡頭。

【光學(xué)知識】視覺精度與分辨率在機(jī)器視覺中的應(yīng)用

在機(jī)器視覺系統(tǒng)中，視覺精度和分辨率是兩個基礎(chǔ)而重要的概念。它們在實(shí)際應(yīng)用中各有側(cè)重，理解其區(qū)別與聯(lián)系，對視覺檢測項(xiàng)目的規(guī)劃與實(shí)施具有實(shí)際意義。

【光學(xué)知識】視覺精度與分辨率在機(jī)器視覺中的應(yīng)用

在機(jī)器視覺系統(tǒng)中，視覺精度和分辨率是兩個基礎(chǔ)而重要的概念。它們在實(shí)際應(yīng)用中各有側(cè)重，理解其區(qū)別與聯(lián)系，對視覺檢測項(xiàng)目的規(guī)劃與實(shí)施具有實(shí)際意義。

【光學(xué)知識】嫌遠(yuǎn)心鏡頭看的不夠大不夠深？試試光虎315吧

遠(yuǎn)心鏡頭的優(yōu)勢是什么？在機(jī)器視覺方案中應(yīng)用遠(yuǎn)心鏡頭，可以帶來更高的分辨率，可以在短工作距小視野中實(shí)現(xiàn)更大的景深，可以給成像提供更低的畸變和誤差，最重要的是由于遠(yuǎn)心鏡頭在景深內(nèi)倍率不變的特性，應(yīng)用遠(yuǎn)心鏡頭可以大幅提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。曾經(jīng)我們就接收到過使用傳統(tǒng)鏡頭客戶的抱怨，鏡頭離待測物的距離改變一點(diǎn)點(diǎn)，軟件的讀數(shù)一下就變了。

【光學(xué)知識】嫌遠(yuǎn)心鏡頭看的不夠大不夠深？試試光虎315吧

遠(yuǎn)心鏡頭的優(yōu)勢是什么？在機(jī)器視覺方案中應(yīng)用遠(yuǎn)心鏡頭，可以帶來更高的分辨率，可以在短工作距小視野中實(shí)現(xiàn)更大的景深，可以給成像提供更低的畸變和誤差，最重要的是由于遠(yuǎn)心鏡頭在景深內(nèi)倍率不變的特性，應(yīng)用遠(yuǎn)心鏡頭可以大幅提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。曾經(jīng)我們就接收到過使用傳統(tǒng)鏡頭客戶的抱怨，鏡頭離待測物的距離改變一點(diǎn)點(diǎn)，軟件的讀數(shù)一下就變了。

【光學(xué)知識】均勻光照技術(shù)在凹陷金屬表面視覺檢測中的應(yīng)用與探討

在工業(yè)視覺檢測領(lǐng)域，金屬工件因其表面易反光、結(jié)構(gòu)多樣性和加工工藝復(fù)雜性，常對成像質(zhì)量構(gòu)成一定挑戰(zhàn)。尤其當(dāng)待測對象具有凹陷或復(fù)雜幾何形態(tài)時(shí)，如何穩(wěn)定、清晰地獲取表面圖像特征，成為實(shí)際應(yīng)用中需要面對的問題。 凹陷的錐面結(jié)構(gòu)在金屬部件中并不少見，此類區(qū)域因空間約束和角度變化，容易形成光線難以均勻覆蓋或存在強(qiáng)烈反射的情況。若采用常規(guī)的定向照明方式，往往難以避免局部過亮、陰影遮蔽或反光點(diǎn)干擾等現(xiàn)象，導(dǎo)致一些細(xì)微的劃痕或其他表面特征無法在圖像中得到很好呈現(xiàn)。這不僅影響人工視覺判斷的連續(xù)性，也對自動化檢測系統(tǒng)中圖像處理算法的穩(wěn)定性提出較高要求。 針對上述情況，一種較為可行的解決方案是采用特殊構(gòu)造的照明系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)多角度、柔性和均勻的光線覆蓋。例如，穹頂光照明裝置能在被測物體表面形成散射和漫射效果，減弱直接反射，解決鏡面高光，從而提升圖像的整體均勻性與特征可辨識度。此類照明方式尤其適合于具有曲面、凹陷或反光較強(qiáng)的待測物體成像場合。 在實(shí)際成像系統(tǒng)中，照明條件只是其中一個方面，鏡頭性能與照明之間的配合也同樣重要。例如，選用適當(dāng)焦距、孔徑和分辨率的鏡頭，可以在一定程度上進(jìn)一步優(yōu)化成像效果。以光虎光學(xué)某款型號為TTL11.5-25-110C-D的鏡頭為例，其光學(xué)設(shè)計(jì)考慮了在復(fù)雜照明條件下的成像穩(wěn)定性，能夠與穹頂光等擴(kuò)散型光源配合使用，優(yōu)化圖像邊緣清晰度與整體一致性。 在這樣一個成像系統(tǒng)中，良好的打光策略與鏡頭參數(shù)的合理選型，共同影響著終能否清晰呈現(xiàn)諸如金屬錐面凹陷區(qū)域的劃傷等細(xì)微特征。圖像質(zhì)量的提升，有助于后續(xù)人工復(fù)檢或通過算法實(shí)現(xiàn)特征提取與判斷，在一定程度上幫助使用者完成檢測任務(wù)。 需要指出的是，并沒有某一種照明或鏡頭配置能夠適用于所有場景。實(shí)際應(yīng)用中往往需結(jié)合待測物的具體材質(zhì)、表面處理工藝、凹陷度與角度等多項(xiàng)因素，通過反復(fù)試驗(yàn)和調(diào)整，才能確定相對合適的成像方案。因此，實(shí)踐中的測試與驗(yàn)證顯得尤為重要。 光虎光學(xué)在視覺鏡頭的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過程中，也注意到照明配合與實(shí)際應(yīng)用場景之間的密切聯(lián)系。公司積累了一些在打光測試方面的經(jīng)驗(yàn)，并逐步完善配套的測試流程與服務(wù)支持。我們歡迎存在類似困難的用戶與我們共同開展測試，結(jié)合實(shí)際工件與現(xiàn)場環(huán)境，探索可行的成像配置。 綜上所述，在面對凹陷金屬表面劃傷檢測等具有一定復(fù)雜性的視覺任務(wù)時(shí)，采用均勻多角度的照明方式并搭配適宜的鏡頭，可以在一定程度上改進(jìn)圖像質(zhì)量，提升特征可見度。這種系統(tǒng)級的配合與不斷優(yōu)化的測試方法，為某些困難場景下的視覺應(yīng)用提供了可能的技術(shù)路徑。我們也期待通過合作與嘗試，與更多使用者一起應(yīng)對實(shí)際成像中的挑戰(zhàn)。

【光學(xué)知識】均勻光照技術(shù)在凹陷金屬表面視覺檢測中的應(yīng)用與探討

在工業(yè)視覺檢測領(lǐng)域，金屬工件因其表面易反光、結(jié)構(gòu)多樣性和加工工藝復(fù)雜性，常對成像質(zhì)量構(gòu)成一定挑戰(zhàn)。尤其當(dāng)待測對象具有凹陷或復(fù)雜幾何形態(tài)時(shí)，如何穩(wěn)定、清晰地獲取表面圖像特征，成為實(shí)際應(yīng)用中需要面對的問題。 凹陷的錐面結(jié)構(gòu)在金屬部件中并不少見，此類區(qū)域因空間約束和角度變化，容易形成光線難以均勻覆蓋或存在強(qiáng)烈反射的情況。若采用常規(guī)的定向照明方式，往往難以避免局部過亮、陰影遮蔽或反光點(diǎn)干擾等現(xiàn)象，導(dǎo)致一些細(xì)微的劃痕或其他表面特征無法在圖像中得到很好呈現(xiàn)。這不僅影響人工視覺判斷的連續(xù)性，也對自動化檢測系統(tǒng)中圖像處理算法的穩(wěn)定性提出較高要求。 針對上述情況，一種較為可行的解決方案是采用特殊構(gòu)造的照明系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)多角度、柔性和均勻的光線覆蓋。例如，穹頂光照明裝置能在被測物體表面形成散射和漫射效果，減弱直接反射，解決鏡面高光，從而提升圖像的整體均勻性與特征可辨識度。此類照明方式尤其適合于具有曲面、凹陷或反光較強(qiáng)的待測物體成像場合。 在實(shí)際成像系統(tǒng)中，照明條件只是其中一個方面，鏡頭性能與照明之間的配合也同樣重要。例如，選用適當(dāng)焦距、孔徑和分辨率的鏡頭，可以在一定程度上進(jìn)一步優(yōu)化成像效果。以光虎光學(xué)某款型號為TTL11.5-25-110C-D的鏡頭為例，其光學(xué)設(shè)計(jì)考慮了在復(fù)雜照明條件下的成像穩(wěn)定性，能夠與穹頂光等擴(kuò)散型光源配合使用，優(yōu)化圖像邊緣清晰度與整體一致性。 在這樣一個成像系統(tǒng)中，良好的打光策略與鏡頭參數(shù)的合理選型，共同影響著終能否清晰呈現(xiàn)諸如金屬錐面凹陷區(qū)域的劃傷等細(xì)微特征。圖像質(zhì)量的提升，有助于后續(xù)人工復(fù)檢或通過算法實(shí)現(xiàn)特征提取與判斷，在一定程度上幫助使用者完成檢測任務(wù)。 需要指出的是，并沒有某一種照明或鏡頭配置能夠適用于所有場景。實(shí)際應(yīng)用中往往需結(jié)合待測物的具體材質(zhì)、表面處理工藝、凹陷度與角度等多項(xiàng)因素，通過反復(fù)試驗(yàn)和調(diào)整，才能確定相對合適的成像方案。因此，實(shí)踐中的測試與驗(yàn)證顯得尤為重要。 光虎光學(xué)在視覺鏡頭的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過程中，也注意到照明配合與實(shí)際應(yīng)用場景之間的密切聯(lián)系。公司積累了一些在打光測試方面的經(jīng)驗(yàn)，并逐步完善配套的測試流程與服務(wù)支持。我們歡迎存在類似困難的用戶與我們共同開展測試，結(jié)合實(shí)際工件與現(xiàn)場環(huán)境，探索可行的成像配置。 綜上所述，在面對凹陷金屬表面劃傷檢測等具有一定復(fù)雜性的視覺任務(wù)時(shí)，采用均勻多角度的照明方式并搭配適宜的鏡頭，可以在一定程度上改進(jìn)圖像質(zhì)量，提升特征可見度。這種系統(tǒng)級的配合與不斷優(yōu)化的測試方法，為某些困難場景下的視覺應(yīng)用提供了可能的技術(shù)路徑。我們也期待通過合作與嘗試，與更多使用者一起應(yīng)對實(shí)際成像中的挑戰(zhàn)。

【光學(xué)知識】觀察光路：在家動手探索光的秘密

光線無處不在，但它的足跡卻總是難以捉摸。除了偶然的丁達(dá)爾效應(yīng)讓我們瞥見光路，我們?nèi)粘Ｋ娡皇切纬珊蟮墓獍摺９饣⒐鈱W(xué)，一家專注于遠(yuǎn)心光路相關(guān)產(chǎn)品的公司，邀請您在家通過幾個簡單有趣的實(shí)驗(yàn)，親手讓光路顯形，并直觀感受遠(yuǎn)心光路與傳統(tǒng)光路的差異。

【光學(xué)知識】觀察光路：在家動手探索光的秘密

光線無處不在，但它的足跡卻總是難以捉摸。除了偶然的丁達(dá)爾效應(yīng)讓我們瞥見光路，我們?nèi)粘Ｋ娡皇切纬珊蟮墓獍?。光虎光學(xué)，一家專注于遠(yuǎn)心光路相關(guān)產(chǎn)品的公司，邀請您在家通過幾個簡單有趣的實(shí)驗(yàn)，親手讓光路顯形，并直觀感受遠(yuǎn)心光路與傳統(tǒng)光路的差異。

【光學(xué)知識】當(dāng)反光成為阻礙：光學(xué)檢測中的“光線魔術(shù)”

在工廠的檢測車間里，工程師小王正對著一批反光鏡片發(fā)愁。肉眼觀察時(shí)，只需調(diào)整角度就能看到的細(xì)微痕跡，在機(jī)器視覺鏡頭下卻變成一片刺眼的白光。這是光學(xué)檢測中常見的困境：當(dāng)表面如同鏡面般反射光線時(shí)，我們?nèi)绾慰辞逅恼鎸?shí)面貌？

【光學(xué)知識】當(dāng)反光成為阻礙：光學(xué)檢測中的“光線魔術(shù)”

在工廠的檢測車間里，工程師小王正對著一批反光鏡片發(fā)愁。肉眼觀察時(shí)，只需調(diào)整角度就能看到的細(xì)微痕跡，在機(jī)器視覺鏡頭下卻變成一片刺眼的白光。這是光學(xué)檢測中常見的困境：當(dāng)表面如同鏡面般反射光線時(shí)，我們?nèi)绾慰辞逅恼鎸?shí)面貌？