工業(yè)視覺機器尺寸測量，視覺點膠機系統(tǒng)定位的體會

機器視覺尺寸測量，定位的體會

機器視覺的應用很廣泛，本文主要通過作者的一些項目經(jīng)驗，分享一些心得體會。
理論上來講：尺寸測量項目首先有個檢測精度的概念，檢測精度要小于圖紙上面的公差，最起碼檢測精度要在公差的1/3。
檢測精度影響到相機和鏡頭的選型，一般鏡頭都會有個參數(shù)，很重要的一個參數(shù)是畸變，這個畸變造成的尺寸誤差要小于檢測精度的1/10,否則像素再高，也不行。另外畸變率參數(shù)一般是最大的畸變造成的影響，相機成像的時候在ccd芯片的位置不同，畸變也不同。越靠近ccd中心的地方，畸變越小。2/3的ccd畸變要大于1/2的ccd。
選擇好畸變滿足要求的鏡頭之后，要選擇合適像素的相機，像素的選擇和成像質(zhì)量的效果關系很大，邊緣越好，檢測的值越準確。視野也很重要，我們一般都知道考慮視野，因為這個道理很簡單，視野越大，同一個相機的檢測精度就越小。那么一般怎么來選擇相機呢。

相機的選擇，相機選擇主要是選擇相機的像素，下面舉個例子來說明怎么選擇。
考慮到亞像素的概念，1個像素理論上可以分成100個左右的距離，我們?yōu)榱藴y量的準確，就按照一個像素分10個距離來計算。
測量10mm*7.5mm的視野，要求檢測精度0.01，選擇相機。
10/0.01=1000
1000/10=100
理論上100*7.5的相機就能滿足要求。滿足這個要求的相機是640*480的相機，然后我們開始測試尺寸測量的重復精度，重復精度要能夠滿足檢測精度的1/10才行。

另外鏡頭的畸變，機械的振動，邊緣的模糊都會對測量造成影響，
因此高精度檢測的時候，盡量保持機械的穩(wěn)定性，要在靜止的情況下檢測。
這個只是尺寸測量的非常小的一個點，更多的細節(jié)，大家可以發(fā)表自己的看法。

還有一個很實際的情況是，客戶要求的檢測精度有很多時候是一個要求，實際現(xiàn)場并用不了這個高的精度，這個就要對客戶的現(xiàn)場和客戶的實際需求有更深的了解。

工業(yè)鏡頭專業(yè)術語詳解

機器視覺系統(tǒng)中，工業(yè)鏡頭相當于人的眼睛，其主要作用是將目標的光學圖像聚焦在圖像傳感器（相機）的光敏面陣上。視覺系統(tǒng)處理的所有圖像信息均通過工業(yè)鏡頭得到，工業(yè)鏡頭的質(zhì)量直接影響到視覺系統(tǒng)的整體性能。下面對機器視覺工業(yè)鏡頭的相關專業(yè)術語做以詳解。

 

一、遠心光學系統(tǒng)：

　　指主光線平行于工業(yè)鏡頭光學軸的光學系統(tǒng)。而光從物體朝向鏡頭發(fā)出，與光學軸保持平行，甚至在軸外同樣如此，則稱為物體側(cè)遠心光學系統(tǒng)。

二、遠心鏡頭：
　　遠心鏡頭指主光線與鏡頭光源平行的工業(yè)鏡頭。有物方遠心，像方遠心，雙側(cè)遠心。
       普通工業(yè)鏡頭

 

主光線與鏡頭光軸有角度，因此工件上下移動時，像的大小有變化。

        雙側(cè)遠心境頭

 

主物方，像方均為主光線與光軸平行
光圈可變，可以得到高的景深，比物方遠心境頭更能得到穩(wěn)定的像
適合于測量用圖像處理光學系統(tǒng)，但是大型化成本高

       物方遠心境頭

 

只是物方主光線與鏡頭主軸平行

工件上下變化，圖像的大小基本不會變化
使用同軸落射照明時的必要條件，小型化亦可對應

       像方遠心境頭

 

只是像方主光線與鏡頭光軸平行
　　相機側(cè)即使有安裝個體差，也可以吸收攝影倍率的變化
　　用于色偏移補償，攝像機本應都采用這種鏡頭

三、遠心光學系統(tǒng)的特色：

 

優(yōu)點：更小的尺寸。減少鏡頭數(shù)量，可降低成本。

缺點：上下移動物體表面時，會改變物體尺寸或位置。

 

優(yōu)點：上下移動物體表面時，不會改變物體尺寸或位置。使用同軸照明時?？墒褂酶〉某叽?br /> 缺點：未使用同軸照明時，大于標準鏡頭的尺寸

 

四、遠心：
　　遠心度是指物體的倍率誤差。倍率誤差越小，遠心度越高。遠心度有各種不同的用途，在鏡頭使用前，把握遠心度很重要。遠心鏡頭的主光線與鏡頭的光軸平行，遠心度不好，遠心鏡頭的使用效果就不好；遠心度可以用下圖進行簡單的確認。

 

五、分辨率（μm）：
　　光學系能力的尺度，表示黑白格狀圖案通過鏡頭觀察時，1mm中可以分辨觀察到黑白條紋的多對數(shù)。分辨率為兩點間在無法識別前，能靠近的近距離測量值，例如1μm的分辨率代表兩點間在無法識別前，能靠近的近距離為1μm。以下為根據(jù)鏡頭的無相差光衍射情況計算理論分辨率的公式。

 

六、分辨力(Lines／mm)：
　　分辯力指黑白網(wǎng)線圖鏡頭里影像內(nèi)1mm面積，可識別的黑白兩色條紋數(shù)。分辨力的單位為線條/mm，例如100線條/mm代表可識別黑白間距1/100mm(10μm)。黑白線條的寬度為1/200mm(5μm)。
七、水平TV分辨率（TV線條）：
　　寬度里的黑白水平線總條數(shù)，相當于電視機屏幕垂直高度的高度值。屏幕的垂直與水平長度比率通常為3:4，因此水平寬度里的總條數(shù)為3/4。電視機水平分辨率為240TV條線，電視機屏幕水平寬度的總條數(shù)為320條線。測量鏡頭的分辨率時，一組黑色與白色線條應視為一條線，但是在電視機分辨率線條方面，一組視為2TV線條。
八、失真（%）：
　　失真為光學軸外的直型物體，呈現(xiàn)曲線時的鏡頭像差。鏡頭失真也稱為鏡頭畸變，即光學透鏡固有的透視失真的總稱，可分為枕形失真和桶形失真，直線朝向中心的失真情況為枕形失真(Pincushion Distortion），向外擴張的失真稱為桶形失真(Barrel Distortion)。如下圖示：

 

九、TV失真（%）：
　　TV屏幕上的影像失真。數(shù)值越接近零，牲能越高。

 

十、電視失真：
　　實際邊長的歪曲形狀與理想的形狀的百分比算出的值。
十一、孔徑效率邊際光量（%）：
　　孔徑效率為使用鏡頭拍攝均勻亮度的物體時，成像盤光學軸與四周區(qū)域之間的亮度差異，單位為百分比（%），假設中央亮度為100，為鏡頭的光學特征之一。
十二、遮蔽（%）：
　　遮蔽為使用鏡頭與CCD-TV鏡頭拍攝均勻亮度的物體時，電視機屏幕中央與邊緣之間的亮度差異，單位為百分比（%）。通常使用受光組件與CCD組件的功率比計算此百分比。遮蔽意指鏡頭與TV鏡頭的整體表現(xiàn)，可使用遠心光學系統(tǒng)以縮小遮蔽的情況。
十三、色差：
　　在鏡頭光學統(tǒng)中，形成影像的位置與影像放大倍率隨光線波長的不同而不同。不同波長的光線有不同的顏色，這叫做色彩失真。光學軸上的失真叫做色彩失真。放大倍率的差異則叫做放大倍率色彩失真。
十四、工作距離（WD）（mm）：
　　工作距離指鏡頭工作面到被測物體的距離。

十五、物像間距離O/I（Object to Imager）
OI指物體到結(jié)像平面的距離。
十六、焦距f（mm）后焦距/前焦距
焦距為光學系統(tǒng)的主光點到焦點的距離。從后面一片鏡頭的頂點到后焦點的距離，為后焦距。鏡頭的頂點到前焦點的距離，為前焦距。

十七、景深：
　　深度為與物體從焦點前后移動時．出現(xiàn)銳利焦點的近點與遠點之間的距離。物體側(cè)的深度范圍稱為景深。同樣，照相機側(cè)的范圍稱為焦點深度。具體的景深的值多少略有不同。景深（Depth of Field）可以用以下的計算式計算出來：
　　　　景深 = 2 x Permissible COC x 實效F / 光學倍率2 = 允許誤差值 / (NA x 光學倍率)(使用的是0.04mm的Permissible COC)
　　通過鏡頭的影像理論土會形成點狀。清晰影像上出現(xiàn)可接受的摸糊情況，稱為可接受的彌散圓。

 

十八、焦深：
　　深度為當CCD從焦點前后移動時，出現(xiàn)銳利焦點的近點與遠點之間的距離。影像側(cè)的深度范圍稱為焦深。
十九、后截距（mm）：
　　從鏡頭安裝座盤前端到影像的距離。
二十、C安裝座規(guī)格：

名稱	標準外徑	螺絲螺紋數(shù)(25.4mm用)	后截距
U1	25.4000mm	32Threads	17.526mm

二十一、數(shù)值孔徑 NA，NA'：
　　當物體在入射光孔上產(chǎn)生的半角為u，且折射率為n，n x sinu為物體側(cè)數(shù)值孔經(jīng)（NA）。
　　當物體在出射光孔上產(chǎn)生的半角為u'，且折射率為n'，n' x sinu' 為影像側(cè)數(shù)值孔徑{NA'）。

NA=n x sinu　　　　　　NA'=n' x sin u'

　　NA越高，鏡頭的分辨率與亮度越佳。如下圖所示 入射角度 u, 物體側(cè)折射率n, 成像側(cè)的折射率' n'：NA = NA' x 放大率

 

　　對于Macro鏡頭，NA =M/2 xF　NA' = 1/2 xF　NA=NA' x光學倍率　NA'=NA x光學倍率
二十二、F值F No：
　　此值指鏡頭的亮度。將鏡頭對焦距離除以物體側(cè)的有效直徑（入射光孔直徑Dmm)，即可得到此數(shù)值，也可使用NA與鏡頭的光學放大倍率(β)計算。數(shù)值越小，鏡頭越明亮。
F No=焦距/入射孔徑或有効口徑=f／D
二十三、有效F No：
　　此值為具體在有限距離內(nèi)的鏡頭亮度，指實際操作時的亮度。光學放大倍率越高(β)，鏡頭越暗。
實效F = (1 光學倍率) x F#，實效F = 光學倍率 / 2NA
二十四、光學放大倍率β：

物體尺寸與影像尺寸的比例。
β	=y'／y
	=b／a
	=NA／NA'
	=CCD鏡頭元件尺寸／視野實際尺寸

二十五、光學倍率：
　　放大倍率（Magnification）指的是通過鏡頭的調(diào)整能夠改變拍攝對象原本成像面積的大小。光學倍率就是通過光學鏡頭變倍的放大倍率。主要點與成像的關系：放大率是指成像大小與物體的比。

 

二十六、電子放大倍率：
　　電子放大倍率為影像在顯示器屏幕上顯示時與在CCD上顯示相比的放大倍率。
二十七、顯示器放大倍率：
　　 顯示器放大倍率為通過鏡頭在顯示器呈現(xiàn)物體的放大倍率。
　　　　顯示器放大倍率=(光學放大倍率β) x (電子放大倍率)
　　 (計算范例) 光學放大倍率=02x，CCD尺寸1/2"(對角線8mm)，顯示器1/4"：
　　　　 電子放大倍率=14 x25.4/8=44.45
　　　　 顯示器放大倍率=0.2x44.45=8.89(倍) (1英寸=25.44mm)

 

※有時根據(jù)TV的掃描狀態(tài)，以上的簡易計算將有一些變化。
二十八、視野(FOV)：
　　視野指使用照相機以后看到的物體側(cè)的范圍。
　　照相機有效區(qū)域的縱向長度（V）/光學倍率（M）＝視野（V）
　　照相機有效區(qū)域的橫向長度（H）/光學倍率（M）＝視野（H）
　　照相機有效區(qū)域的縱向長度（V）or（H）=照相機一個畫素的尺寸×有効畫素數(shù)（V）or（H）來計算。
　?。ㄓ嬎惴独?　　光學放大倍率=0.2x，CCD尺寸1／2"（長4.8mm，寬6.4mm}：
　　 　　 　　　　視野尺寸 長度=4.8／0.2=24(mm)
　　 　　 　　 　　 　　　寬度=6.4／0.2=32{mm)
二十九、解析度：
　　表示了所能見到了2點的間隔0.61x 使用波長(λ)/ NA=解析度(μ),以上的計算方法理論上可以計算出解析度，但不包括失真?！褂貌ㄩL為550nm
三十、解像力：
　　１mm中間可以看到黑白線的條數(shù)。單位（lp）/mm
三十一、MTF（Modulation Transfer Function）：
　　成像時再現(xiàn)物體表面的濃淡變化而使用的空間周波數(shù)和對比度。
三十二、成像圈：
　　 成像尺寸φ，要輸入相機感應器尺寸。
三十三、照相機 Mount：
　　C-mount: 1" diameter x 32 TPI: FB: 17.526mm，CS-mount: 1" diameter x 32 TPI: FB: 12.526mm，F(xiàn)-mount: FB:46.5mm，M72-Mount: FB 廠家各有不同。
三十四、邊緣亮度：
　　相對照度是指中央的照度與周邊的照度的百分比。
三十五、通風盤及解析度：
　　Airy Disk（通風盤）是指通過沒有失真的鏡頭在將光集中一點時，實際上形成的是一個同心圓。這個同心圓就叫做Airy Disk。Airy Disk的半徑r可以通過以下的計算公式計算出來。這個值稱為解析度。ｒ= 0.61λ/NA Airy Disk的半徑隨波長改變而改變，波長越長，光越難集中于一點。 例：NA0.07的鏡頭 波長550nm r=0.61*0.55/0.07=4.8μ

 

三十六、 MTF 及解析度：
　　MTF（Modulation Transfer Function) 是指物體表面的濃淡變化，成像側(cè)也被再現(xiàn)出來。表示鏡頭的成像性能，成像再現(xiàn)物體的對比度的程度。測試對比性能，用的是具有特定空間周波數(shù)的黑白間隔測試?？臻g周波數(shù)是指１mm的距離濃淡變化的程度。
　　圖1所示，黑白矩陣波，黑白的對比度為100%.這個對象被鏡頭攝影后，成像的對比度的變化被定量化?；旧?，不管什么鏡頭，都會出現(xiàn)對比度降低的情況。對比度降低至0%。，不能進行顏色的區(qū)別。

 

　　圖2、圖3顯示了物體側(cè)與成像側(cè)的空間周波數(shù)的變化。橫軸表示空間周波數(shù)，縱軸表示亮度。物體側(cè)與成像側(cè)的對比度由A、B計算出來。MTF由A,B的比率計算出來。
　　解析度與MTF的關系：解析度是指2點之間怎樣被分離認識的間隔。一般從解析度的值可以判斷出鏡頭的好壞，但是實際是MTF與解析度有很大的關系。圖4顯示了兩個不同鏡頭的MTF曲線。鏡頭a 解析度低但是具有高對比度。鏡頭b對比度低但是解析度高。

 

三十七、微距鏡頭：
　　不用近接環(huán)或特寫鏡頭而實現(xiàn)擴大攝影，為近接攝影而設計的鏡頭，有限遠（=從物鏡出射的光，在一定距離處聚焦）
三十八、CCTV鏡頭：
　　適合于廣范圍的擴大觀察，需要嚴格精度時不適合，無限遠（=從物鏡出射的光，不聚焦，平行前進）
三十九、變倍鏡頭：
　　焦距可變鏡頭，倍率，攝像范圍等可以簡單改變。適合于需要尋找合適攝影條件（攝影距離，鏡頭的焦距）以便于操作的場合使用。不產(chǎn)生聚焦位置移動的稱為變倍鏡頭，產(chǎn)生焦距位置移動的稱為變焦鏡頭。
四十、成像圓：
　　光學系統(tǒng)中成像圓的尺寸，成像圓的尺寸=CCD對角尺寸，和CCD尺寸同樣意義。
四十一、后變倍鏡頭：
　　安裝在CCD前面，不改變工作距離，擴大視野范圍。F值下降，分辨率、對比度下降，聚焦會有些不準。
四十二、前變倍鏡頭：
　　安裝在鏡頭前面，工作距離會變化，亮度不變，擴大視野范圍。

遠心鏡頭在測量應用中的優(yōu)異特點解析

近年來利用影像量測物品尺寸已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展的趨勢。由于相機，影像軟件及照明組件等設備的進步，讓影像量測物品尺寸的精準度能媲美或更勝于手動或雷射光的量測。
　　整合光學系統(tǒng)工程的應用，我們可發(fā)現(xiàn)光學產(chǎn)品的優(yōu)劣決定了系統(tǒng)的品質(zhì)，而遠心鏡頭能執(zhí)行各種形式的光學量測。
　　軟件工程需要具高分辨率、高對比性和低幾何變形特性的拍攝影像來判斷出精準的量測數(shù)據(jù)。
　　除了光學設備本身的要求，視角的選擇也具相當?shù)闹匾?，在不適當?shù)挠^測點下量測物體，會造成物體拍攝影像的扭曲。
　　除了影像處理過程中會造成的干擾，系統(tǒng)設計者也同時將光學配備本身會影響光學量測精準性的幾個限制納入考慮：
　　　　1．由于物體擺放位置而造成的不正常放大
　　　　2．影像的變形
　　　　3．視角選擇而造成的誤差
　　　　4．低影像分辨率
　　　　5．不適當光源干擾下造成邊界的不確定性
　　遠心鏡頭能有效降低甚至消除以上的問題，因此遠心鏡頭也成為精密光學量測系統(tǒng)決定性的因素。

圖一：不同鏡頭的光學原理

　　接下來我們簡要的介紹遠心鏡頭是如何有效降低噪聲及變形等問題。
一、放大倍率的一致性
　　光學量測系統(tǒng)通常會自物體正上方拍攝(不紀錄物體側(cè)面)以測量其直徑或直線距離。由于許多機械零組件無法精準定位或具有高度差或厚度等問題，工程師需要可靠光學量測系統(tǒng)來判定影像與物體的實際間距。

 

　　左上圖為利用遠心鏡頭拍攝圓柱形零件上的齒條；左下圖為利用普通鏡頭拍攝同樣對象的影像；右上圖為兩個同樣對象置于相距100 mm下利用遠心鏡頭拍的影像；右下圖為同樣情形下利用普通鏡頭捕捉的影像。

左圖：在一般標準鏡頭下，物體的影像大小會因為與鏡頭的距離(標記為“s”)不同而改變。同樣的，不同大小的對象可能會受距離的影響而看起來相同。 　　反觀遠心鏡頭能容許一定程度的距離改變，在＂限定景深＂或＂遠心度區(qū)間＂內(nèi)，影像不會因物體與鏡頭間距離的改變而放大或縮小。

　　此特性是由于在光學系統(tǒng)中，只有與光軸平行的光束會被接收，因此遠心鏡頭必須大于或等于被攝物體的直徑。
　　“Telecentric”這個單字是來自于希臘前綴”tele-”(遙遠)以及字根”center”(中心，在此代表著光學系統(tǒng)的軸心)，代表此光學系統(tǒng)的入射光線在通過遠心鏡頭時是與鏡頭的中央軸心平行，而成像點會在遠心鏡頭的焦點平面上。

左圖：在遠心系統(tǒng)內(nèi)，唯有與軸心平行或接近平行的光束會被接受。

　　在此我們舉個簡單的例子來說明兩種光學系統(tǒng)的差異性。
　　首先我們使用一個焦距為12毫米的標準鏡頭 (f = 12 mm) 及以1/3吋的偵測器為接口來測定放置于200毫米 (s = 200 mm) 外的20毫米 (H = 20 mm) 對象。當對象位移1毫米 (ds = 1mm)時，其成像大小將會有約略0.1毫米的差異(如以下公式)。
　　dH = (ds/s) x H = (1/200)x 20 mm = 0,1 mm
　　在telecentric光學系統(tǒng)下，成像的大小的變化取決于” telecentric 曲線”，一個高品質(zhì)遠心鏡頭的曲線角度(theta)能趨近于0.1°(0,0017 rad)，代表當物體同樣移動1毫米 (ds = 1mm) 時，其成像將只會有0.0017毫米的改變。
　　dH = ds x theta= 1 x 0,0017 mm = 0,0017 mm
　　因此相較于標準鏡頭，遠心鏡頭能將放大倍率的誤差縮小至1/10或甚至1/100。

 

上圖：遠心曲線決定了物體被移動時成像改變的倍率。

　　 “Telecentric range”或是” telecentric depth”代表在維持放大倍率下能擺設物體的范圍。然而當物體不在telecentric range中并不代表鏡頭功能就不具遠心的特性，影像的變異程度主要是由鏡頭的”遠心曲線” (由前文的” theta”所定出來的) 或 ”遠心度”所決定，這個曲線決定了物體在移動時造成的影像誤差大小，然而當主要入射光束與光軸”平行”時，成像的大小就不會因物體置放的距離而影響。由于遠心鏡頭必須接收與光軸平行的入射光源，遠心鏡頭的尺寸必須比拍攝物體還大，因此遠心鏡頭會比一般鏡頭大且厚重，成本也比一般鏡頭高。
二、低失真度 (Distortion)
　　影像的變形是限制光學量測準確性的重要因素之一，再好的鏡頭都還是無法避免。然而有時候一或數(shù)個像素的錯誤可能具決定性的影響。 失真度也可以說是影像與實際畫面的差異度。失真度是利用影像點與影像中心位置的距離和在標準影像(未失真影像)的實際距離之間的差異來計算。舉例來說，一個與畫面中心距離200像素的標的在影像畫面中只有和中心點間隔198個像素，其失真度則為：
distortion = (198-200)/200 = -2/200 = 1%

	正向放射性失真 (Positive radial distortion) 也被稱為 “pincushion” 性失真，負向放射性失真 (negative radial distortion) 可被另稱為 “barrel” distortion。此類的變形和影像中心的距離大小有關聯(lián)性。
“pincushion” type distortion “barrel” type distortion

　　影像的失真可被視作真實畫面經(jīng)過二維幾何性變形的結(jié)果，由于通常不是線性改變而是二或三度的多項式的變形，影像會被些許的拉扯及扭曲。
　　一般的鏡頭具有數(shù)度或數(shù)十度的失真度，不過由于大部分的影像鏡頭是用在一般監(jiān)測系統(tǒng)或普通攝影中，些許的影像失真是能被容許的，但此瑕疵讓精密影像測量變的困難。
　　高品質(zhì)的遠心鏡頭只具有低于0.1%失真度的特性，雖然這個數(shù)次聽起來很小，但在高分辨率的攝影機下仍能造成將近一個像素的誤差。因此許多失真的影像會利用軟件做校正：將校正用圖樣(此圖樣的精密度必須比)置于鏡頭下方拍攝，之后利用軟件計算影像校正公式，將失真影像做校正。由于影像的失真程度與物體和鏡頭的距離有極高的關聯(lián)性，因此必須格外留意物體在被攝影時與鏡頭的距離。
　　除了與遠心鏡頭的距離以外，物體和遠心鏡頭之間必須盡量保持垂直以避免” non-axially symmetric distortion effects”，所謂的梯形性失真(或稱” Keystone” or thin prism effect”) 是另一個影像測量系統(tǒng)中必須克服的問題，如果拍攝物體沒有被放置于中心點，此類的影像通常據(jù)非對稱性也很難利用軟件校正。

左圖：為一張使用遠心鏡頭所拍攝的不失真影像；中圖為同一個畫面但具放射性變形的影像；右圖為同一個畫面但具有梯形性失真的影像。

三、視角誤差
　　使用一般光學鏡頭拍攝非平面物體時，物體的大小會因為距離而改變。因此拍攝管柱形物體時，管柱頂端與底端會成被拍攝成像為同心圓而非同樣的雙圓。而在遠心鏡頭下，圓柱底端則會與柱頂?shù)膱A完全重疊。

左圖：為一般鏡頭下常見的視角誤差。右圖由遠心鏡頭所拍攝的影像能不會出現(xiàn)此問題。

　　這個現(xiàn)象是因為光束路徑的特殊性而造成的，在一般光學鏡頭下，沒有與光軸平行的縱向光束會在感光源件上投射成平行距離，然而只些接收平行光束的遠心鏡頭則不會有同樣的問題。
　　一般鏡頭通常會將3D物體的立體影像(包括空間距離)轉(zhuǎn)換成2D影像，而遠心鏡頭只會紀錄2D平面影像而不受物體的立體距離影響，這個特性在影像量測系統(tǒng)中具有極大的優(yōu)勢。

一般鏡頭會將光束(鏡頭左邊)的縱向距離投射成平行影像，而遠心鏡頭不會有這種情形

四、高影像分辨率
　　影像的分辨率是利用CTF(contrast transfer function)將影像的對比清晰度量化。

使用不同分辨率鏡頭拍攝USAF test pattern的結(jié)果：左圖高分辨率影像，右圖低分辨率影像。

　　很多影像系統(tǒng)是利用多個低畫素相機搭配低分辨率的便宜鏡頭，因而只得到非常模糊的影像。而遠心鏡頭的高分辨率讓它能搭配低像素高分辨率的相機而依然得到良好的影像品質(zhì)。
五、銳利的邊緣影像
　　影像拍攝時，背景光線常常會讓物體的輪廓變的難以界定(border effects)，主要是因為背景的強光會與物體邊緣的陰影重疊，除此之外，當光線自不同角度投射于物體上時，某些光源被物體反射后仍然被鏡頭所接收(如下圖十一所示)，這種光線常常會被誤判來自物體背后，造成邊緣判定上的誤差，因此當物體具有高度立體特性時容易會出現(xiàn)誤差。

 

在一般鏡頭下常見的Border effects能在遠心鏡頭下有明顯的改善

　　這個問題在遠心鏡頭下能被明顯的改善，當光圈縮的夠小時，只有與光軸平行的光束能通過鏡頭，因此被物體反射的光線就不會被接收，影像的精準性也就能明顯提升。
　　如果想要更進一步的提升影像的品質(zhì)，可利用collimated (或稱 “telecentric”) 照明設備搭配遠心鏡頭，在這種配備能讓相機與光源互相配合，讓所有自collimated光源發(fā)出的光都能是被鏡頭所接收的平行光束，讓噪聲與曝光時間都能大幅的降低。除此之外，邊緣定位的問題也因光源的控制而有明顯的改善。

 

Collimated (telecentric)光源設備只提供與光軸接近平行的光束。

鏡頭結(jié)構原理及選擇方法簡介

一個典型的機器視覺系統(tǒng)包括工業(yè)相機、工業(yè)鏡頭、視覺光源、圖像采集卡等組件，鏡頭在系統(tǒng)中有著非常重要的地位。下面簡要介紹一下鏡頭的結(jié)構、選擇方法及相關參數(shù)間的關系，可以幫助用戶了解鏡頭的基本性能，以便在現(xiàn)場應用中獲取產(chǎn)品性能。
1、鏡頭結(jié)構 
工業(yè)相機鏡頭由多個透鏡、可變(亮度)光圈和對焦環(huán)組成。如下圖所示，在使用時由操作者觀察相機顯示屏來調(diào)整可變光圈和焦點，以確保圖像的明亮程度及清晰度(有些鏡頭有固定調(diào)節(jié)系統(tǒng))。

在選擇鏡頭時需要考慮多個方面的因素，如視場、焦距(從鏡片中心到底片或CCD等成像平面的距離)、焦點及失真等。在實際應用中“選擇與視場相符的透鏡”及“以大景深聚焦圖像”是選擇鏡頭時非常重要的兩個方面。
2、鏡頭的焦距和視場 
焦距是透鏡的規(guī)格之一。一般適合工廠自動化的透鏡的焦距為8mm/16mm/25mm/50mm。 通過目標物所需視場及透鏡的焦距，可確定工作距離(WD)。

工作距離和視場大小由焦距和CCD大小來決定。在不使用近攝環(huán)的情況下，可套用以下比例表達式獲得：
工作距離：視角 = 焦距：CCD大小 
例1: 假設焦距為16mm，CCD鏡頭大小為3.6mm，則工作距離應為200mm，這樣才能使視場等于45mm。如下圖所示：

3、鏡頭的景深和光圈 
鏡頭對著某一物體聚焦清晰時，在鏡頭中心所對的位置垂直鏡頭軸線的同一平面的點都可以在膠片或者接收器上相當清晰的結(jié)像，在這個平面沿著鏡頭軸線的前面和后面一定范圍的點也可以結(jié)成眼睛可以接受的較清晰的像點，把這個平面的前面和后面的所有景物的距離叫做景深。要獲得清晰的圖像通常在透鏡可聚焦物體的范圍內(nèi)變動，以大景深聚焦圖像。焦距越短，景深越大；鏡頭離物體的距離越遠，景深越大；近攝環(huán)和微距鏡使景深變??；光圈越小，景深越大，小光圈和良好的光線使聚焦更簡單。
如下圖所示：相機已安裝在如圖所示的位置，斜面上放有表示高度的卷尺，在該情況下拍攝照片以比較光圈。