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機(jī)器視覺系統(tǒng)如何選擇光學(xué)濾波器
日期：2025-01-11 20:07
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摘要：機(jī)器視覺系統(tǒng)如何選擇光學(xué)濾波器
通過使用濾鏡，可以減少拍攝圖像的對(duì)比度，減少圖像處理時(shí)間。
機(jī)器視覺系統(tǒng)現(xiàn)在在許多工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中很常見。 在構(gòu)建這些系統(tǒng)時(shí)，開發(fā)人員必須仔細(xì)評(píng)估要檢查的產(chǎn)品類型，以及如何正確選擇照明和光學(xué)元件以增加捕獲圖像的對(duì)比度。 在此過程中，機(jī)器視覺系統(tǒng)的吞吐量將得到改善，因?yàn)樘幚硭东@的圖像以提取相關(guān)信息所用的時(shí)間將更少。
然而，在開始任何特定應(yīng)用的任何特定照明選擇之前，了解應(yīng)使用何種類型的照明系統(tǒng)是重要的。 今天，許多制造商根據(jù)要檢查的產(chǎn)品的類型提供各種類型的LED照明產(chǎn)品。 例如，盡管平坦的漫反射表面可能*好使用環(huán)形光照射，但是平坦的鏡面物體可能需要漫射的軸上光源或陰天照明器來增加要檢查的特征的對(duì)比度。
雖然這種照明的選擇是重要的，選擇光波長來照亮部分也是重要的。 使用哪個(gè)頻率將取決于部件的屬性，因?yàn)檫@將決定哪些波長將被反射和吸收。 通過選擇與要提取的感興趣特征相匹配的波長并選擇相同顏色的光源，該特征將顯得更亮，反之亦然。
系統(tǒng)開發(fā)人員可以選擇使用光學(xué)濾波器來執(zhí)行此任務(wù)，而不是嘗試多個(gè)波長。 例如，通過用廣譜白光照明物體，帶通濾波器可以放置在相機(jī)的前面以選擇提供*佳對(duì)比度的特定波長。 以這種方式，可以廉價(jià)地確定照明波長的正確選擇。
中性密度
光學(xué)濾光片在減少發(fā)光強(qiáng)度，增加系統(tǒng)分辨率，消除眩光，分離顏色，色彩校正以及當(dāng)然增加被成像物體的對(duì)比度方面也證明是有用的。 在機(jī)器視覺應(yīng)用中，例如電弧焊接檢測(cè)，可能需要減少相機(jī)捕獲的光量。 在這樣的應(yīng)用中，可以使用中性密度（ND）濾光片來均等地減少所有波長的光。 使用這種濾光片，可以部署具有較大光圈的照相機(jī)，從而減小場(chǎng)景的景深，從而更好地將物體圖像與背景分離。
許多制造商根據(jù)它們的光密度（OD） - 通過濾光器傳輸?shù)墓夤β?- 在數(shù)學(xué)上給出如OD = -Log10（Im / In）來指定這些濾光片的特性，其中Im是測(cè)量的強(qiáng)度，In是事件強(qiáng)度。 因此，例如，具有0.5的分?jǐn)?shù)透射率（Im / In）的中性密度濾光器將具有0.3的光密度。 一些ND濾光片是在光譜的可見區(qū)域內(nèi)指定的，并且不會(huì)按比例阻擋UV或IR的所有波長。 這在使用CCD或CMOS成像器的機(jī)器視覺系統(tǒng)中可能是重要的，這些成像器在UV和IR區(qū)域都可能是敏感的。
正因?yàn)槿绱耍S多公司提供這種特別為機(jī)器視覺和科學(xué)應(yīng)用定制的ND濾光片。 例如，Edmund Optics公司的TECHSPEC UV-NIR中性密度濾光片可以將光線從紫外線衰減到NIR（190-1700 nm），并且可以提供12.5,25和50 mm的直徑尺寸以及0.3,0.5的光學(xué)密度，1.0,1.3,1.5和2.0。
帶通濾波器
雖然中性密度濾光片用于減少照相機(jī)傳感器上的光線，但是可以使用帶通濾光片來增加圖像對(duì)比度，同時(shí)選擇性地使波長在一定范圍內(nèi)。 由于光學(xué)系統(tǒng)的軸向或軸向色差將減小，所以圖像對(duì)比度有效地增加。 在表現(xiàn)出這種軸向色差的系統(tǒng)中，透鏡的折射率隨波長而變化很小。 由于對(duì)于藍(lán)光（較短的波長），透鏡的折射率比紅光（較長的波長）大，所以不同的波長將沿著軸線聚焦在不同的焦點(diǎn)上（圖1）。
發(fā)生色差是因?yàn)閷?duì)于藍(lán)光（較短的波長），透鏡的折射率大于紅光（較長的波長）
圖1：出現(xiàn)色差是因?yàn)閷?duì)于藍(lán)光（較短的波長），透鏡的折射率比紅光（較長的波長）更大。 不同的波長將被聚焦在沿軸線的不同焦點(diǎn)上。
上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學(xué)儀器及其零配件?的高科技企業(yè)，公司成立２００５年，專業(yè)的光電鍍膜公司，公司產(chǎn)品主要涉及光學(xué)儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學(xué)透鏡、反射鏡、棱鏡等光學(xué)鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務(wù)。采用德國薄膜制備工藝，形成了一套具有嚴(yán)格工藝標(biāo)準(zhǔn)的閉環(huán)式流程技術(shù)制備體系，能夠制備各種超高性能光學(xué)薄膜，包括紅外薄膜、增透膜，ARcoating, 激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線薄膜，應(yīng)用領(lǐng)域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫(yī)用激光器、紅外制導(dǎo)、面部識(shí)別、VR/AR應(yīng)用,博物館，低反射櫥窗玻璃，畫框等。
機(jī)器視覺系統(tǒng)現(xiàn)在在許多工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中很常見。 在構(gòu)建這些系統(tǒng)時(shí)，開發(fā)人員必須仔細(xì)評(píng)估要檢查的產(chǎn)品類型，以及如何正確選擇照明和光學(xué)元件以增加捕獲圖像的對(duì)比度。 在此過程中，機(jī)器視覺系統(tǒng)的吞吐量將得到改善，因?yàn)樘幚硭东@的圖像以提取相關(guān)信息所用的時(shí)間將更少。
然而，在開始任何特定應(yīng)用的任何特定照明選擇之前，了解應(yīng)使用何種類型的照明系統(tǒng)是重要的。 今天，許多制造商根據(jù)要檢查的產(chǎn)品的類型提供各種類型的LED照明產(chǎn)品。 例如，盡管平坦的漫反射表面可能*好使用環(huán)形光照射，但是平坦的鏡面物體可能需要漫射的軸上光源或陰天照明器來增加要檢查的特征的對(duì)比度。
雖然這種照明的選擇是重要的，選擇光波長來照亮部分也是重要的。 使用哪個(gè)頻率將取決于部件的屬性，因?yàn)檫@將決定哪些波長將被反射和吸收。 通過選擇與要提取的感興趣特征相匹配的波長并選擇相同顏色的光源，該特征將顯得更亮，反之亦然。
系統(tǒng)開發(fā)人員可以選擇使用光學(xué)濾波器來執(zhí)行此任務(wù)，而不是嘗試多個(gè)波長。 例如，通過用廣譜白光照明物體，帶通濾波器可以放置在相機(jī)的前面以選擇提供*佳對(duì)比度的特定波長。 以這種方式，可以廉價(jià)地確定照明波長的正確選擇。
中性密度
光學(xué)濾光片在減少發(fā)光強(qiáng)度，增加系統(tǒng)分辨率，消除眩光，分離顏色，色彩校正以及當(dāng)然增加被成像物體的對(duì)比度方面也證明是有用的。 在機(jī)器視覺應(yīng)用中，例如電弧焊接檢測(cè)，可能需要減少相機(jī)捕獲的光量。 在這樣的應(yīng)用中，可以使用中性密度（ND）濾光片來均等地減少所有波長的光。 使用這種濾光片，可以部署具有較大光圈的照相機(jī)，從而減小場(chǎng)景的景深，從而更好地將物體圖像與背景分離。
許多制造商根據(jù)它們的光密度（OD） - 通過濾光器傳輸?shù)墓夤β?- 在數(shù)學(xué)上給出如OD = -Log10（Im / In）來指定這些濾光片的特性，其中Im是測(cè)量的強(qiáng)度，In是事件強(qiáng)度。 因此，例如，具有0.5的分?jǐn)?shù)透射率（Im / In）的中性密度濾光器將具有0.3的光密度。 一些ND濾光片是在光譜的可見區(qū)域內(nèi)指定的，并且不會(huì)按比例阻擋UV或IR的所有波長。 這在使用CCD或CMOS成像器的機(jī)器視覺系統(tǒng)中可能是重要的，這些成像器在UV和IR區(qū)域都可能是敏感的。
正因?yàn)槿绱耍S多公司提供這種特別為機(jī)器視覺和科學(xué)應(yīng)用定制的ND濾光片。 例如，Edmund Optics公司的TECHSPEC UV-NIR中性密度濾光片可以將光線從紫外線衰減到NIR（190-1700 nm），并且可以提供12.5,25和50 mm的直徑尺寸以及0.3,0.5的光學(xué)密度，1.0,1.3,1.5和2.0。
帶通濾波器
雖然中性密度濾光片用于減少照相機(jī)傳感器上的光線，但是可以使用帶通濾光片來增加圖像對(duì)比度，同時(shí)選擇性地使波長在一定范圍內(nèi)。 由于光學(xué)系統(tǒng)的軸向或軸向色差將減小，所以圖像對(duì)比度有效地增加。 在表現(xiàn)出這種軸向色差的系統(tǒng)中，透鏡的折射率隨波長而變化很小。 由于對(duì)于藍(lán)光（較短的波長），透鏡的折射率比紅光（較長的波長）大，所以不同的波長將沿著軸線聚焦在不同的焦點(diǎn)上（圖1）。
發(fā)生色差是因?yàn)閷?duì)于藍(lán)光（較短的波長），透鏡的折射率大于紅光（較長的波長）
圖1：出現(xiàn)色差是因?yàn)閷?duì)于藍(lán)光（較短的波長），透鏡的折射率比紅光（較長的波長）更大。 不同的波長將被聚焦在沿軸線的不同焦點(diǎn)上。
