LE = Di-f = PMAG*f
选择镜头
❖ 物距WD、放大倍数PMAG和焦距f的关系
PMAG= Sensor Size(mm) Hi Di Field of View(mm) Ho WD
LE = Di-f = PMAG*f
f= WD*PMAG 1+PMAG
利用上式可通过被测物尺寸（Ho）、物距（WD） 和像平面高度（Hi）计算出所需镜头的焦距f。
主要内容
•图像传感器
CCD, CMOS
•图像测量系统
照明、镜头、图像传感与采集、中央处理器
•图像处理技术
基本概念、图像增强、图像分析
视频信号
图像测量系统
图像采集
控制中枢、图像处理
镜头、图像传感器 照明
照明
❖ 光源 ❖ 照明技术 ❖ 不同光源与照明技术效果举例
❖ 方向
▪ 直射光：入射光基本 上来自一个方向，入 射角小，被照射物体 有阴影；
❖ 相对孔径F=D/f（光圈）
▪ D是镜头中光线能通过的有效圆孔直径，D越大，收集的光 线越多；如f = 50mm，D = 8.9mm，则相对孔径F= 8.9/50=1/5.6；
▪ 镜头上以1/F表示光圈值，如3.4，5.6，8，11，16等，光圈 每增加一档，光照度增加一倍；
选择镜头的关键参数
❖ 相对孔径F=D/f（光圈）
▪ 工作距离（Work Distance，WD）：被测物到物镜的距离； ▪ 景深：以镜头最佳聚焦WD为中心，前后存在一个范围，在
此范围内的物体能够清晰成像，这个范围被称为景深 （Depth of View，DOV） ▪ 焦距
选择镜头的关键参数
❖ 物镜的焦距f
▪ f决定了物体在成像面成像的大小，焦距越长，成像越大； ▪ f可以短到几毫米，长达数十米； ▪ 变焦距镜头可以通过调节焦距获得不同的放大倍数。
❖ 偏振光照明
图②镜子上灰尘指印，掠射；图③镜子上油脂指 印，暗视场；图④光盘上油脂指印，暗视场
不同光源与照明技术效果举例
❖ 偏振光照明
镜头
❖ 镜头的视野、景深和焦距示意图
镜头
❖ 基本概念
▪ 成像面：被测物及其背景通过镜头投影到二维图像传感器平 面，一般是长宽比为4:3的矩形；
▪ 视野（Field of View，FOV）：与成像面对应的景物平面范 围；
选择镜头
❖ 普通镜头选择步骤：
▪ 获得物体至镜头的距离WD，如果是一个范围，取中间值； ▪ 计算图像放大倍数PMAG； ▪ 利用公式计算所需的焦距； ▪ 选取与计算值最接近的标准镜头产品，并取其焦距值； ▪ 根据所选镜头焦距重新核算镜头到物体的距离WD。 举例： 物体至镜头的距离在10cm~30cm范围内，取WD=20cm。 设视场高度为6cm，传感器成像面高度为6.6mm，则镜头放 大倍数为：PMAG=6.6mm/60mm=0.11
选择镜头
计算所需镜头焦距：
f= WD*PMAG 200*0.11/ 1 0.11 19.82mm
1+PMAG 标准镜头焦距：8mm、12.5mm、16mm、25mm和50mm 16mm镜头的焦距最接近计算值，使用该值重新计算WD：
❖ 光学密度、折射率、纹理、表面方向
照明技术
❖ 正向照明
▪ 镜面：光线直接反射进入镜头； ▪ 离轴照明：光源在镜头轴线侧面、避开了镜面反射； ▪ 半漫射照明：光照较均匀，如环形光； ▪ 漫射照明：光线来自所有方向，镜面反射最少； ▪ 黑场：光线与镜头视线方向垂直。
❖ 背光照明
▪ 漫射式：光源+平板，背面照射； ▪ 凝聚式：使用镜头将光线集中于一个方向； ▪ 黑场：适用于检测透明物体中的裂痕、气泡等。
❖ 强度
▪ 光照强度会影响摄像头的曝光，光线不足会造成对比度降低， 噪声过大；
▪ 光线过强会造成图像饱和，能量浪费以及散热等问题。
❖ 均匀性
▪ 在所有机器视觉应用中，都要求均匀的光照。照射强度会随 距离和角度偏离而减小，需要特别考虑。
光源
❖ 光源的种类
▪ 按发光器件：卤素等、荧光等、LED灯、氙（xian）灯等； ▪ 按几何形状：环形、方形、穹型、长条型灯； ▪ 按发光特性：点光源、线光源、面光源等； ▪ 按照射角度：直射、间接、掠射、同轴、平行等。
▪ LED灯：颜色丰富、发光效率高、响应速度快、体积小、发 热小、功耗低、发光稳定、寿命长、易于组成不同形状的光 源，是重要的光源发展趋势。
照明技术
❖ 物体的反射特性
▪ 镜面式反射；漫反射
照明技术
❖ 颜色
▪ 相加色：两种或三种波长组合成某种波长光的效果。 ▪ 相减色：反射时从光谱中去除某些波长的光。
▪ 散射光：入射光来自 多个方向，不会投射 出明显阴影。
光源
光源
❖ 光谱
▪ 光的组成成份，如日光由从紫外到红外的所有光谱组成。 ▪ 取决于光源的类型和光学滤色镜。 ▪ 可见光光谱如图所示：
光源
❖ 偏振性，又称极化光
▪ 一般光波的震荡方向是不定的，极化光的震荡方向处在一个 确定的平面上。
▪ 在镜面反射中保留了定向性，可以借此消除镜面反射光的影 响。
不同光源与照明技术效果举例
❖ 高角度亮场与低角度暗场
光照强、较均匀
光滑表面的文字、伤 痕等纹理检测
不同光源与照明技术效果举例
❖ 从边上的黑场照明
最适合凹凸不平表面及表面缺陷，缺点 是阴影太大。
不同光源与照明技术效果举例
❖ 用明视野和暗视野照明对比
不同光源与照明技术效果举例
❖ 用碗状照明消除晕眩光
不同光源与照明技术效果举例
❖ 用透射光检查物体的有无
不同光源与照明技术效果举例
❖ 光源的颜色差异
中心部有银色涂层的铜框架
不同光源与照明技术效果举例
❖ 红外线照明
不同光源与照明技术效果举例
❖ 红外线照明
不同光源与照明技术效果举例
❖ 紫外线照明
不同光源与照明技术效果举例
❖ 偏振光照明
不同光源与照明技术效果举例
▪ F越大，景深越短；光圈越小，景深越长。为了获得较大景 深的清晰图像，可以采取加大光强，减小光圈的方法。
❖ 视场角
▪ 物镜的视场角决定了成像面上良好成像的空间范围。 ▪ 当成像面尺寸一定时，f越长，视场角越小。反之视场角
越大。
选择镜头
PMAG：镜头的放大倍数
选择镜头
❖ 如何选择焦距 WD：工作距离 Ho：视野的高度 Hi：相机有面的扩充距离——为实现聚焦像平面后移