圖像多幀融合技術(shù)及應(yīng)用案例

光虎光電科技（天津）有限公司是以德國設(shè)計(jì)雙遠(yuǎn)心鏡頭,遠(yuǎn)心鏡頭,高遠(yuǎn)心度鏡頭,工業(yè)相機(jī),面陣相機(jī),線陣相機(jī),紫外相機(jī)等光電技術(shù)產(chǎn)品設(shè)備的研發(fā),生產(chǎn),銷售為主的科技型企業(yè).

機(jī)器視覺在橡膠領(lǐng)域的應(yīng)用

光虎光電科技（天津）有限公司是以德國設(shè)計(jì)雙遠(yuǎn)心鏡頭,遠(yuǎn)心鏡頭,高遠(yuǎn)心度鏡頭,工業(yè)相機(jī),面陣相機(jī),線陣相機(jī),紫外相機(jī)等光電技術(shù)產(chǎn)品設(shè)備的研發(fā),生產(chǎn),銷售為主的科技型企業(yè).

機(jī)器視覺相關(guān)工業(yè)通信協(xié)議介紹

工業(yè)通信協(xié)議定義為“數(shù)字消息格式和規(guī)則的正式描述”。這些協(xié)議集成在硬件系統(tǒng)和軟件程序中。通信協(xié)議的核心功能是在不同的系統(tǒng)、設(shè)備或軟件程序之間發(fā)送和接收消息，用于模擬和數(shù)字通信。簡而言之，工業(yè)通信驅(qū)動程序和協(xié)議構(gòu)成了工業(yè)自動化的基礎(chǔ)。機(jī)器視覺亦離不開工業(yè)通信手段。 自動化中的通信協(xié)議是什么？ 許多類型的通信協(xié)議用于不同的目的。它們可用于傳輸信號、同步設(shè)備、檢測錯(cuò)誤以及執(zhí)行更多操作。行業(yè)使用多種類型的通信協(xié)議，因?yàn)槊糠N協(xié)議都是為特定目的和應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。例如，以太網(wǎng)/IP 協(xié)議是一種具有高功能的重型通信協(xié)議，可用于各種應(yīng)用。另一方面，Modbus 協(xié)議是提供通用讀/寫訪問的輕量級通信協(xié)議。因此，任何自動化系統(tǒng)中使用的通信協(xié)議類型取決于OEM以及最終用戶的需要和要求。獨(dú)立軟件供應(yīng)商可以選擇具有高安全特性的協(xié)議。 想要充分利用先進(jìn)技術(shù)并將流程數(shù)字化的行業(yè)需要無縫連接和互操作性。為了確保流程和端到端通信的順利自動化，OEM和行業(yè)必須分別在其產(chǎn)品和解決方案中選擇正確的通信協(xié)議。這些協(xié)議創(chuàng)建了一個(gè)跨越四個(gè)主要層的連接網(wǎng)絡(luò)，其中包括現(xiàn)場層、控制層、監(jiān)督層以及執(zhí)行和規(guī)劃層。 各種通信協(xié)議 機(jī)器視覺與自動化系統(tǒng)中使用不同類型的工業(yè)通信協(xié)議，因?yàn)槊糠N協(xié)議用于不同的業(yè)務(wù)和技術(shù)目的。OEM可以選擇特定的協(xié)議，因?yàn)樗麄兊墓?yīng)商會根據(jù)他們的要求為他們提供高性能的現(xiàn)成解決方案。另一方面，最終用戶可能決定使用特定協(xié)議，因?yàn)樗牡乩砜捎眯曰蚱鋵π袠I(yè)要求的關(guān)注。獨(dú)立軟件開發(fā)商或原始設(shè)備制造商選擇特定類型的通信協(xié)議有多種原因。 各種類型的工業(yè)通信協(xié)議：Ethernet/IP BACnet Modbus RTU Modbus TCP DeviceNet OPC UA ProfiNet ProfiBus IO-Link EtherCAT CC-Link CAN Open IEC 61131-3 ASI-Interface LonWorks 通信協(xié)議可以是有線的或無線的。USB、SPI、12C 和以太網(wǎng)是一些用于有線協(xié)議的物理介質(zhì)。Wi-Fi、LoRa、LTE 和 BLE 是一些無線協(xié)議媒介。 常用的工業(yè)機(jī)器視覺與自動化協(xié)議 1. Ethernet/IP EtherNet/IP是一種開放式應(yīng)用協(xié)議，可通過互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)從工廠車間擴(kuò)展到企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。作為 CIP 應(yīng)用協(xié)議（通用工業(yè)協(xié)議）的重要組成部分，它被廣泛接受為各種自動化應(yīng)用提供通信能力，包括監(jiān)控、監(jiān)控、運(yùn)動與同步、信息和網(wǎng)絡(luò)管理。 EtherNet/IP 協(xié)議將兩種消息傳入和傳出系統(tǒng)，并為工廠車間的操作員界面提供連接。它們是顯式消息（需要基礎(chǔ)和異步信息）和I/O 消息（連續(xù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)消息）。此消息傳輸使用面向?qū)ο蟮捏w系結(jié)構(gòu)啟動，該體系結(jié)構(gòu)支持相同對象和設(shè)備配置文件的可重用性。從而確保在多個(gè)子網(wǎng)中運(yùn)行的不同供應(yīng)商的多個(gè)設(shè)備之間的即插即用互操作性。 2. Modbus RTU 和 Modbus TCP/IP 具有主/從架構(gòu)的Modbus RTU因其可靠的性能和易用性而被廣泛使用。這種開放式串行協(xié)議使用循環(huán)冗余校驗(yàn)和消息傳輸簡單的 16 位結(jié)構(gòu)。由于 OPC 服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集軟件程序、SCADA、HMI 和其他軟件程序支持它，因此很容易將該協(xié)議集成到兼容設(shè)備中。使用Mod-bus RTU 的挑戰(zhàn)之一是開發(fā)和訓(xùn)練新模型可能有點(diǎn)困難。Modbus TCP/IP 是一種供應(yīng)商中立的通信協(xié)議，可用于 Intranet 和 Internet 環(huán)境。此通信協(xié)議的數(shù)據(jù)事務(wù)是無狀態(tài)的，因此它們不太可能被中斷或破壞。它可用于事件記錄、高性能和時(shí)間關(guān)鍵的應(yīng)用程序。也是工業(yè)上最常用的一種通信協(xié)議。 3. PROFINET PROFINET 是一種工業(yè)以太網(wǎng)解決方案。它是一種在控制器和設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)的通信協(xié)議?？刂破骺梢允?PLC、DCS 或 PAC。設(shè)備可以是 I/O 塊、機(jī)器視覺系統(tǒng)、RFID 閱讀器、驅(qū)動器、過程儀器、代理，甚至其他控制器。絕大多數(shù)智能相機(jī)都支持此類通信協(xié)議。 【來源：光虎光學(xué)內(nèi)部培訓(xùn)資料】 【圖片來源：官方標(biāo)識】光虎光學(xué)專業(yè)生產(chǎn)由德國設(shè)計(jì)的工業(yè)鏡頭。以高精度雙遠(yuǎn)心鏡頭為核心，涵蓋高性能FA定焦鏡頭、變倍鏡頭等產(chǎn)品?？蓪?shí)現(xiàn)為客戶定制化研發(fā)生產(chǎn)。光虎光學(xué)還代理歐美日機(jī)器視覺全系列產(chǎn)品。如面陣與線掃工業(yè)相機(jī)、智能相機(jī)、3D相機(jī)、紅外與紫外相機(jī)、光源、圖像采集卡、機(jī)器視覺軟件及其他周邊產(chǎn)品。http://www.andrewberkeley.com/

工業(yè)鏡頭設(shè)計(jì)之球面鏡和非球面鏡

所謂球面和非球面，主要是針對鏡片的幾何形狀而言，即球面鏡片與非球面鏡片。二者在幾何形狀上的差別決定了它們在平行的入射光的折射方向上產(chǎn)生差異，從而影響工業(yè)鏡頭成像效果的好壞。

巨型幀的簡單介紹

巨型幀可為本地網(wǎng)絡(luò)提供一些好處，可以加快整體網(wǎng)絡(luò)速度，在某些應(yīng)用程序質(zhì)檢提供更好的交互，并減少網(wǎng)絡(luò)壓力。

機(jī)器視覺中的精度

無論使用何種儀器來測量參數(shù)，都有兩個(gè)關(guān)鍵因素：準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。一個(gè)基本的經(jīng)驗(yàn)法則是，測量儀器應(yīng)該至少比它要測量的過程規(guī)范好十倍。換句話說，它的可重復(fù)性和準(zhǔn)確性至少應(yīng)該是過程的十倍。 所有的測量儀器都有一個(gè)刻度，由沿刻度的許多“刻度”或標(biāo)記組成。在使用機(jī)器視覺的情況下，“刻度”之間的距離是像素（子像素）的大小或像素（子像素）之間的距離。在機(jī)器視覺中，“刻度”對應(yīng)于分辨率，但不一定對應(yīng)于機(jī)器視覺系統(tǒng)的靈敏度——系統(tǒng)能夠檢測到的測量值的最小變化。在機(jī)器視覺中，這對應(yīng)于像素（子像素）增量或像素（子像素）分辨率。 在使用機(jī)器視覺測量零件時(shí)，通常面臨著一個(gè)問題：零件特征的邊緣通常不會精確落在一個(gè)像素或兩個(gè)像素之間。邊緣的影響通常會在幾個(gè)相鄰像素上體現(xiàn)。人們無法區(qū)分落在同一像素上的兩條邊。通常，編碼的灰度值表示像素的強(qiáng)度平均值。 邊緣可通過四個(gè)屬性來表征 1、對比度 - 以邊緣為特征的線的累積強(qiáng)度變化 2、寬度（模糊度） - 發(fā)生大部分強(qiáng)度變化的剖面上的間隔大小 3、陡度 - 此區(qū)間內(nèi)的表面坡度 4、方向 - 垂直于邊緣像素的向量角度 由于對象的邊緣通常覆蓋具有特定灰度輪廓的幾個(gè)連續(xù)像素（將灰度值視為空間數(shù)據(jù)點(diǎn)的第三維屬性），因此可以使用任意數(shù)量的數(shù)學(xué)或統(tǒng)計(jì)方案來基本上推斷邊緣點(diǎn)的位置，或?qū)⑦吘壍奈恢媒⒃谟行ο缶嚯x的某個(gè)增量內(nèi)的通過對象空間中的像素。例如，將灰度輪廓視為曲線，可以計(jì)算曲線的二階導(dǎo)數(shù)——預(yù)期發(fā)生變化的特定點(diǎn)——并將其定義為邊緣像素。 不同的機(jī)器視覺算法利用邊緣的各種屬性來計(jì)算像素（子像素）內(nèi)邊緣的位置。值得注意的是，不同的算法在子像素增量的大小方面確實(shí)會產(chǎn)生不同的結(jié)果。 精度的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性 精度由校準(zhǔn)程序決定。在機(jī)器視覺中，與大多數(shù)數(shù)字系統(tǒng)一樣，“校準(zhǔn)”旋鈕可以一次更改一個(gè)“刻度”（一個(gè)像素或亞像素距離）。每個(gè)“刻度”代表系統(tǒng)輸出中的離散值變化，離散值是物理尺寸增量。 例如，公稱尺寸為 0.1，公差為 0.005。（總?cè)莶罘秶鸀?.01）。因此，校準(zhǔn)旋鈕的每個(gè)“刻度”（像素或子像素距離）應(yīng)具有0.1的0.01或0.001的值。因此，每個(gè)步長的一半為 0.0005。換句話說，機(jī)器視覺系統(tǒng)的精度應(yīng)等于或優(yōu)于0.0005。 由于重復(fù)性的經(jīng)驗(yàn)法則與精度相同，因此系統(tǒng)對重復(fù)性的要求是相同的，即重復(fù)性應(yīng)等于“刻度”的尺寸。 雖然精度在給定的應(yīng)用中可能不是那么重要，因?yàn)樗梢酝ㄟ^校準(zhǔn)得出，但可重復(fù)性更為重要，因?yàn)樗荒芡ㄟ^校準(zhǔn)或其他方式進(jìn)行校正。據(jù)觀察，上述分析被許多人認(rèn)為是保守的。因此，有些人建議將重復(fù)性從10/1放寬到5/1。 在某些情況下，使用的經(jīng)驗(yàn)法則是精度和可重復(fù)性的總和應(yīng)小于公差帶的三分之一。實(shí)際上，無論遵守什么“規(guī)則”，測量儀器的準(zhǔn)確度或重復(fù)性不應(yīng)等于被測量尺寸的公差，事實(shí)上，必須小得多！ 光虎光學(xué)觀點(diǎn) 光虎光學(xué)認(rèn)為，具有亞像素能力的機(jī)器視覺通?？捎糜跐M足此類“規(guī)則”的許多計(jì)量應(yīng)用。在某些情況下，無論系統(tǒng)分辨率或理論像素大?。ㄒ晥龀运?垂直方向的像素?cái)?shù)）如何，性能都接近工業(yè)環(huán)境中機(jī)器視覺的實(shí)際極限。 在要測量的零件尺寸為0.1的上述示例應(yīng)用中，鑒于相機(jī)/機(jī)器視覺系統(tǒng)的全視場應(yīng)用于該尺寸，理論子像素分辨率可能為0.1/1500（基于一個(gè)基于 500 x 500 區(qū)域相機(jī)的機(jī)器視覺系統(tǒng)和1/3像素分辨率的子像素能力）。光虎光學(xué)專業(yè)生產(chǎn)由德國設(shè)計(jì)的工業(yè)鏡頭。以高精度雙遠(yuǎn)心鏡頭為核心，涵蓋高性能FA定焦鏡頭、變倍鏡頭等產(chǎn)品?？蓪?shí)現(xiàn)為客戶定制化研發(fā)生產(chǎn)。光虎光學(xué)還代理歐美日機(jī)器視覺全系列產(chǎn)品。如面陣與線掃工業(yè)相機(jī)、智能相機(jī)、3D相機(jī)、紅外與紫外相機(jī)、光源、圖像采集卡、機(jī)器視覺軟件及其他周邊產(chǎn)品。http://www.andrewberkeley.com/

焊接領(lǐng)域中的機(jī)器視覺

什么是焊接？焊接，也稱作熔接、镕接，是一種以加熱、高溫或者高壓的方式接合金屬的工藝技術(shù)?，F(xiàn)代焊接的能量來源有很多種，包括氣體焰、電弧、激光、電子束、摩擦和超聲波等。通常來說焊接有三種：熔焊——加熱欲接合之工件使之局部熔化形成熔池，熔池冷卻凝固后便接合，必要時(shí)可加入熔填物輔助，它是適合各種金屬和合金的焊接加工，不需壓力。壓焊——焊接過程必須對焊件施加壓力，屬于各種金屬材料和部分金屬材料的加工。釬焊——采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料做釬料，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙，并與母材互相擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)鏈接焊件。適合于各種材料的焊接加工，也適合于不同金屬或異類材料的焊接加工。為什么要在焊接領(lǐng)域中使用機(jī)器視覺？焊接的特點(diǎn)是工藝因素復(fù)雜、勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)周期長、勞動環(huán)境差，其品質(zhì)依賴操作者的技能、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，也和操作者情緒及身體狀況相關(guān)，因此，焊接自動化技術(shù)對于提高接頭品質(zhì)，保證穩(wěn)定性具有很重要的意義。焊接機(jī)器人技術(shù)實(shí)現(xiàn)了焊接自動化、柔性化，但焊接機(jī)器人無法自主獲取工件定位信息、焊縫空間位置信息、焊縫熔透信息等，也不能自主適應(yīng)工件與接頭組對，焊接熱變形等引起的軌跡、坡口尺寸變化，不能進(jìn)行在線調(diào)整，即不具有智能?，F(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中軌跡和接頭坡口幾何尺寸的變化較為常見，無智能的再現(xiàn)式焊接會出現(xiàn)焊偏、焊穿、未焊透等較為嚴(yán)重的成型缺陷，所以急需基于視覺的智能化焊接技術(shù)，光虎視覺提供了豐富的案例和解決方案，為智能化焊接技術(shù)提供了極大的幫助。在焊接應(yīng)用中，通常金屬件和部件通過熔化連接區(qū)域中的材料而連接在一起。在某些應(yīng)用中，尤其是厚材料時(shí)，填充材料被添加到接頭中。熱量通常由電（如感應(yīng)焊接、點(diǎn)焊和電弧焊接）或電磁輻射（如激光和電子束焊接）引起。由于高能量對小面積的影響，該過程會發(fā)出大量的熱光。因此，焊接工藝的核心是極其明亮的，因此也是基于相機(jī)的焊接成像系統(tǒng)的一大挑戰(zhàn)。機(jī)器視覺技術(shù)在焊接領(lǐng)域的使用在焊接中通常使用帶有激光照明的相機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)清晰化可視化的焊接過程。這主要是由于激光照明的高光譜亮度與熱光的高效濾波相結(jié)合，可以應(yīng)用于所有電弧和激光焊接工業(yè)。通過這些技術(shù)，光虎視覺可以實(shí)現(xiàn)從用于研究目的的高速焊接成像，到工業(yè)生產(chǎn)線焊接工藝的質(zhì)量保證。適用于所有主要的電弧焊接工藝，如GMAW（MIG、MAG）和TIG，以及所有主要的光束焊接工藝，如CO2激光器、光纖激光器、二極管激光器、Nd：YAG激光和電子束應(yīng)用。在焊接領(lǐng)域使用機(jī)器視覺的優(yōu)勢>> 焊工和操作員可以根據(jù)圖像實(shí)時(shí)調(diào)整工藝>> 圖像可用于圖像分析和自動化>> 可以存儲圖像或視頻以進(jìn)行質(zhì)量記錄>> 快速錯(cuò)誤檢測可減少報(bào)廢>> 系統(tǒng)可在安全距離內(nèi)操作>> 改善了焊工的人機(jī)工程學(xué)>> 降低吸入不健康焊接煙霧的風(fēng)險(xiǎn)>> 縮短焊接過程的設(shè)置時(shí)間焊接領(lǐng)域使用機(jī)器視覺的方向>> GMAW 焊接（MIG、MAG）>> TIG 焊接>> 混合焊接（激光和電弧焊接）>> 激光焊接（例如二氧化碳、Nd：YAG、光纖和光盤激光器）>> 電子束>> 機(jī)器人焊接>> 半自動焊接>> 線性焊接>> 軌道焊接【來源：光虎視覺內(nèi)部培訓(xùn)資料】

景深

景深景深是光學(xué)攝影中一個(gè)很重要的參數(shù)，它是指光學(xué)系統(tǒng)獲取清晰成像時(shí)，被測物體所能移動的距離范圍。當(dāng)一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的景深較小時(shí)，就會出現(xiàn)背景虛化的現(xiàn)象。光圈、焦距、工作距離都是影響景深的重要因素。在對光學(xué)系統(tǒng)的景深進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要先了解容許彌散圓的概念。彌散圓是指在焦點(diǎn)前后，光線開始聚集和擴(kuò)散，點(diǎn)的影像變成模糊時(shí)所形成的一個(gè)擴(kuò)大的圓。如果彌散圓的直徑足夠小，成像會足夠清晰；如果彌散圓再大些，成像就會顯得模糊。中間的臨界點(diǎn)，這個(gè)可以被接受的最大的直徑被稱為容許彌散圓直徑。在拍攝過程中，通過彌散圓判斷圖像是否銳利進(jìn)而判斷景深的深淺。下圖為兩款不同雙遠(yuǎn)心鏡頭利用景深板拍攝的測量景深的圖片。其中圖二為型號光虎視覺TTL11.5-25-45C雙遠(yuǎn)心鏡頭在平行光照射下拍攝的圖片。圖一圖二實(shí)際應(yīng)用中，景深可分為前景深和后景深，計(jì)算公式如下：景深（dof）=圖三根據(jù)景深公式我們可以看出，景深與有效F數(shù)、焦距、工作距離都有關(guān)系。圖四是利用光線追跡的方法解釋景深與F數(shù)的關(guān)系。增大F數(shù)之后，相同工作距離下，光線入射角變小，在容許彌散圓大小不變的情況下，使得景深變大。即有效F數(shù)與景深正相關(guān)。圖五給出了在焦距、拍攝距離固定的情況下，不同F(xiàn)數(shù)下的拍攝效果圖。當(dāng)F數(shù)較小時(shí)，景深較小，從圖片中可以明顯的看出背景已經(jīng)虛化。隨著F數(shù)的增加，背景虛化現(xiàn)象明顯變小，甚至消失。圖四圖五圖六給出了有效F數(shù)與景深之間的關(guān)系圖。有效F數(shù)越小，光圈越大，景深越?。挥行數(shù)越大，光圈越小，景深越大。圖六此外，通過景深公式，我們還可以推算出：若鏡頭焦距可變，光圈和工作距離確定時(shí)，焦距越大，景深越小；焦距越小，景深越大。當(dāng)鏡頭焦距、F數(shù)確定時(shí)，工作距離越大，景深越大；工作距離越小，景深也會隨之減小,容易出現(xiàn)背景虛化現(xiàn)象。而雙遠(yuǎn)心鏡頭與FA鏡頭略有不同。在雙遠(yuǎn)心鏡頭的使用過程中，使用者可以微調(diào)鏡頭與相機(jī)傳感器之間的距離，即法蘭距，從而獲得想要的景深效果。當(dāng)然景深的極限還是由雙遠(yuǎn)心鏡頭本身的設(shè)計(jì)決定，這些調(diào)整只能在設(shè)計(jì)的景深極限范圍內(nèi)進(jìn)行微調(diào)。需注意的一點(diǎn)是，景深是一個(gè)相對的概念，在景深之內(nèi)和景深之外，并不存在絕對的清晰或者模糊的界限。景深的測量也具有一定的主觀性，需要使用者根據(jù)自己的具體需求進(jìn)行調(diào)整。【來源：光虎視覺內(nèi)部培訓(xùn)資料】

曝光時(shí)間對成像質(zhì)量的影響

曝光時(shí)間對成像質(zhì)量的影響在任何工業(yè)相機(jī)應(yīng)用中，相機(jī)的曝光時(shí)間是設(shè)置的關(guān)鍵。在任意的情況下，由于我們拍攝物體的移動，生成的圖像可能會模糊。為了最大程度的優(yōu)化圖像質(zhì)量，可以計(jì)算最小曝光時(shí)間來消除模糊并最大化拍攝亮度。在這篇文章中，將幫助了解曝光時(shí)間對圖像質(zhì)量的影響并避免它。什么是曝光時(shí)間曝光時(shí)間或快門速度是讓光線落在圖像傳感器上的時(shí)間。曝光時(shí)間越長，就越能“曝光”傳感器為像素充電以使其更亮。快門速度通常以幾分之一秒的形式給出，例如攝影相機(jī)中的 1/60、1/125、1/1000秒。在工業(yè)相機(jī)中，曝光時(shí)間通常以毫秒為單位，只是快門速度的倒數(shù)。（即1/60秒=0.0166秒或16毫秒）。圖像模糊模糊是當(dāng)物體相對于傳感器移動并在曝光時(shí)間內(nèi)移動跨越2個(gè)或更多像素時(shí)所得到的。當(dāng)拍攝移動速度超過在曝光時(shí)間內(nèi)可以完全靜止運(yùn)動的物體時(shí)，就會看到這一現(xiàn)象。在左邊的圖像中，可以清晰的拍到運(yùn)動員，但是球移動得非常快，導(dǎo)致看起來很模糊。本例中的曝光時(shí)間為 1/500 秒（2 毫秒），但在此曝光期間球移動了許多像素。快門速度越快，物體相對于它開始的位置移動的可能性就越小。在機(jī)器視覺中，相機(jī)絕大多數(shù)情況下是固定的，所以它們不會移動，但擔(dān)心的是物體在曝光時(shí)間內(nèi)移動所產(chǎn)生的影響。根據(jù)應(yīng)用場景的不同，圖像處理可能對模糊敏感，也可能不敏感。例如，假設(shè)相機(jī)橫向上的分辨率為2448像素，而傳感器上的呈現(xiàn)出來的物體為1000像素。在曝光期間，被拍攝的物體移動1個(gè)像素，則在傳感器上呈現(xiàn)出來的圖像就整體偏移了1個(gè)像素，這就是“像素模糊”?？扉T速度越快，物體相對于它開始的位置移動的可能性就越小。在機(jī)器視覺中，相機(jī)絕大多數(shù)情況下是固定的，所以它們不會移動，但擔(dān)心的是物體在曝光時(shí)間內(nèi)移動所產(chǎn)生的影響。根據(jù)應(yīng)用場景的不同，圖像處理可能對模糊敏感，也可能不敏感。例如，假設(shè)相機(jī)橫向上的分辨率為2448像素，而傳感器上的呈現(xiàn)出來的物體為1000像素。在曝光期間，被拍攝的物體移動1個(gè)像素，則在傳感器上呈現(xiàn)出來的圖像就整體偏移了1個(gè)像素，這就是“像素模糊”。如何計(jì)算最合適的曝光時(shí)間在大多數(shù)情況下，都需要沒有像素模糊的清晰圖像。要計(jì)算合適的曝光時(shí)間，需要注意以下幾點(diǎn)：l 以像素為單位的相機(jī)分辨率（沿行進(jìn)方向）l 視野（FOV）l 物體的速度l 曝光時(shí)間然后，就可以使用以下公式計(jì)算對象在曝光期間將移動多少像素：B = Vp * Te * Np / FOVB = 以像素為單位的模糊Vp = 物體的速度FOV = 運(yùn)動方向的視野Te = 曝光時(shí)間（以秒為單位）Np = 跨越視野的像素?cái)?shù)光虎視覺認(rèn)為，在大多數(shù)情況下，產(chǎn)生超過1個(gè)像素的拖影時(shí)，模糊就會成為一個(gè)問題。在精密測量中，即使是1個(gè)像素的模糊也可能太多，需要使用更快的曝光時(shí)間。【來源：光虎視覺內(nèi)部培訓(xùn)資料】

平場校正技術(shù)

平場校正技術(shù)什么是平場校正？平場校正是一種用于提高數(shù)字成像質(zhì)量的技術(shù)，它消除了由傳感器的像素對像素靈敏度變化和光路失真而導(dǎo)致的圖像偽像效果，通常用于像素與像素敏感度以及暗電流變化相關(guān)的校正。圖為Alkeria Necta 線掃相機(jī)所演示的平場校正什么時(shí)候會用到平場校正？由于自然制造公差，每個(gè)傳感器的亮度輸出都有一定程度的不均勻性，每個(gè)像素對相同數(shù)量的光的反應(yīng)可能不同。使用面陣相機(jī)時(shí)，圖像中亮度的差異不會產(chǎn)生太大的影響，因?yàn)檎麄€(gè)圖像中出現(xiàn)的差異很小。整體圖像幾乎不受影響，通常對于大多數(shù)應(yīng)用程序來說已經(jīng)足夠了。但是，當(dāng)使用線掃相機(jī)時(shí)，線掃相機(jī)的傳感器高度只有幾個(gè)像素，這意味著任何像素產(chǎn)生的錯(cuò)誤將在同一位置的每次刷新中重復(fù)。例如，產(chǎn)生的圖像錯(cuò)誤可能會以垂直條紋的形式發(fā)生，會對記錄的圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生重大影響。如何平場校正？圖像的誤差可以通過兩個(gè)步驟來進(jìn)行校正：暗信號非均勻性（DSNU）校正和光響應(yīng)非均勻性（PRNU）校正。要校準(zhǔn) DSNU，必須在黑暗中記錄參考圖像，而對于 PRNU，必須用均勻的照明記錄參考圖像。因此，平場校正中的這兩個(gè)單獨(dú)的步驟分別稱為暗場校正和亮場校正。平場校正的第一步：低暗噪聲校正，用于盡可能降低暗信號非均勻性（也稱為偏移噪聲或固定模式噪聲）。因此，暗場和亮場校正都是校正 DSNU 和 PRNU 的平場校正的一部分。暗場校正是最容易校準(zhǔn)的。它只需要在圖像傳感器上不帶照明的情況下記錄參考圖像。為此，需要遮蓋住鏡頭。然后，使用偏移量對所有像素值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，就可以補(bǔ)償傳感器芯片的不均勻性。在第二步，即光響應(yīng)非均勻性（PRNU）校正（也稱為低頻平場校正），由于它糾正的低頻變化，通常由光路失真引起，而不是由于像素到像素在照片響應(yīng)中的變化，因此校準(zhǔn)低頻校正的實(shí)際光強(qiáng)就不那么重要了，（通常來說保持在12.5%到90%之間的適當(dāng)值即可）。使用模擬增益用于在均勻的照明條件下獲取所有像素的一定目標(biāo)值。由此來消除邊緣的強(qiáng)度下降，圖像顯示整個(gè)寬度下的均勻亮度。平場校正優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用行業(yè)在平場校正后，線掃圖像沒有條紋和陰影，這就使得圖像分析更容易、更方便、更可靠，不需要使用軟件執(zhí)行任何后續(xù)的校正。通常用于對光較為敏感，即非常依靠光來進(jìn)行下一步判斷的線掃應(yīng)用，如半導(dǎo)體行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、包裝行業(yè)等。

光學(xué)基礎(chǔ)概念之F-Number

在鏡頭行業(yè)里，一般不常使用相對孔徑的概念，而是使用相對孔徑的倒數(shù)，稱之為F數(shù)，也叫光圈數(shù)。記作F/-。例如，F(xiàn)/5.6表示F數(shù)等于5.6。即相對孔徑的倒數(shù)為5.6，它表示鏡頭的焦距等于光圈直徑的5.6倍。顯然，像面接收到的光強(qiáng)反比于F數(shù)的平方。即 F數(shù)又稱為鏡頭速度，F(xiàn)數(shù)小的鏡頭速度快。因?yàn)榕臄z的曝光時(shí)間△t 正比于F數(shù)的平方。一、F數(shù)與分辨率的關(guān)系 F數(shù)能表征鏡頭的分辨率，F(xiàn)數(shù)越小，能分辨兩點(diǎn)間的距離越小，即分辨率越高。因?yàn)閳A孔最小衍射角為： 所以，像面上能夠分辨得開的兩點(diǎn)間的最小距離可以計(jì)算得到： 二、F數(shù)與光圈的關(guān)系 F數(shù)和光圈是一個(gè)反比關(guān)系。即F值越小，光圈越大。F值越大，光圈越??；F值越小，光圈越大。例如F1.8比F2.8光圈要大，光圈越大進(jìn)光亮越多，光圈小相反，光圈大背景越虛化（如圖1），光圈小背景越清(如圖2)。 圖1. 大光圈成像 圖2. 小光圈成像 三、F數(shù)與景深的關(guān)系 通常我們說，光圈越大，景深越淺；光圈越小，景深越深。那么為什么光圈越大，景深越淺；光圈越小，景深越深呢？首先在了解光圈與景深的關(guān)系之前，我們先介紹兩個(gè)概念。光線射入透鏡匯聚成一點(diǎn)，在數(shù)學(xué)上，這個(gè)點(diǎn)我們稱之為焦點(diǎn)。但是在焦點(diǎn)前后形成的光線的聚集和擴(kuò)散，會產(chǎn)生一個(gè)擴(kuò)大的圓，這個(gè)圓就是允許彌散圓，彌散圓仍然足夠清晰呈現(xiàn)物體，通常我們認(rèn)為這是“合焦”。因此，我們通常用允許彌散圈來作為成像清晰和成像模糊的界限。焦深：兩個(gè)允許彌散圈的距離我們稱之為焦深。景深的大小與焦深有著密切的聯(lián)系（如圖3.成像光路圖）。前焦深對應(yīng)著前景深，后焦深對應(yīng)著后景深。所以，要知道光圈與景深的關(guān)系，必須先了解光圈與彌散圈之間的關(guān)系。 彌散圈的取決于光的波長和光圈直徑。 彌散圈直徑= 其中λ是光的波長，f是焦距，N是光圈直徑，一般的f/N即是光圈系數(shù)F值。所以，光圈越大，彌散圈直徑越小；光圈越小，彌散圈直徑越大，即f數(shù)越大，景深越大；f數(shù)越小，景深越小。 如光虎視覺TTL11.5-65遠(yuǎn)心系列 TTL11.5-O5-65C鏡頭其有效F數(shù)為9景深為2.88mm，物方分辨率為12.08μm 滿足需要大視野高景深的客戶的需求，如對分辨率有更高的要求就需要選擇小景深大F數(shù)鏡頭如TTL11.5-20-65C此鏡頭的放大倍率為2，其F數(shù)為13，景深為0.26其分辨率可達(dá)4.362μm，此系列鏡頭均滿足低畸變，高遠(yuǎn)心。