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图像畸变的产生及消除畸变的方法
图像畸变的产生及消除畸变的方法什么是图像畸变?畸变作为光学系统中经常提到的一个参数,是限制光学量测准确性的重要因素之一。它是光学系统对物体所成的像相对于物体本身而言的失真程度,只引起像的变形,对像的清晰度并无影响。对于理想光学系统,在一对共轭的物像平面上,放大率是常数。但是对于实际的光学系统,仅当视场较小时具有这一性质,而当视场较大或很大时,像的放大率就要随视场而异,这样就会使像相对于物体失去相似性。这种使像变形的成像缺陷称为畸变。畸变定义为实际像高与理想像高差,而在实际应用中经常将其与理想像高之比的百分数来表示畸变,称为相对畸变,即常见的畸变类型桶形畸变:在桶形畸变中,图像放大率随与光轴的距离而减小,体现在图像呈球体(或桶)周围映射的效果。鱼眼镜头具有半球形的视角,它利用这种变形来将无限宽的物平面映射到有限的图像区域。在变焦镜头中,桶形畸变出现在镜头焦距范围的中间,而在该范围的广角端最严重。枕形畸变:在枕形畸变中,图像放大率随距光轴距离的增加而增加。可见的效果是,未穿过图像中心的线像枕形一样向内弯曲,朝向图像中心。机器视觉中的图像畸变图像畸变带来的影响光虎视觉认为许多检测应用需要非常精确的测量,尽管通过亚像素插值的软件算法可以提供非常精细的测量结果,但是如果创建的图像有任何变形,它们也无法提供准确或可重复的结果。所以,选择合适的光学器件是测量系统能否成功的关键。幸运的是,运用一些光学原理,可以使用双远心镜头,该类镜头可以克服物体位置的变化、物体上的高度差以及其他可能导致软件处理不正确的图像信息的问题。所以合理使用双远心镜头可以很好的解决图像的畸变问题。远心的重要性透视误差,也称为视差,是我们日常体验的一部分。实际上,视差是使得大脑解释3D世界的原因。距离我们较近的物体看起来相对较大,举个简单的例子:想象某人站在一组铁轨,紧挨着它们的前面,两根铁轨相距不远,看似平行。当朝地平线看去时,这些平行的轨道似乎会聚在一起。我们知道它们实际上并没有在远处的某个地方聚集在一起,否则火车会飞离轨道,但是这种感知方式至关重要。在常规成像系统中也存在该现象,其中物体的感知尺寸(其放大率)随着其距透镜的距离而变化。双远心镜头在光学上可以纠正这种情况,因此在镜头所定义的范围内,无论距离如何,物体都保持相同的感知大小。在铁轨的示例中,双远心镜头会使铁轨看起来相距相同的距离,而不管它们是在镜头的前面还是在地平线上。双远心镜头的优势光虎视觉认为对于许多应用,都需要双远心,因为它在一定的工作距离范围内提供近乎恒定的放大倍率,实际上消除了视角误差。这意味着对象移动不会影响图像放大率。在具有双远心的光学系统中,物体离近或远离镜头不会导致图像变大或变小。此外,沿光轴方向具有深度范围的对象不会出现倾斜。例如,圆柱的轴平行于光轴的圆柱物体在远心镜头的像平面中看起来是圆形的。在非远心镜头中,同一物体看起来顶部是椭圆形的,而不是圆形的,并且侧面是可见的。值得一提的是,在具有双远心的光学系统中,聚焦或故意散焦的图像平面运动不会改变图像大小。双远心镜头的另一个优点是,它可以提供极其均匀的图像平面照明。双远心镜头在大多数情况下可以提供当今市场上最低的失真水平(畸变),这大大的提高了它们提供可靠的视觉系统的能力。随着当今机器视觉系统的需求不断增长,选择正确的光学组件比以往任何时候都更加重要。光学系统是调节图像以进行分析的关键部分,因此不应忽视。每当需要进行关键测量时,都需要考虑使用双远心镜头来产生能够真正提供所需结果的系统。【来源:光虎视觉内部培训资料】
线阵相机和面阵相机的区别及应用
随着全球工业4.0概念的兴起和智能制造的发展,机器视觉技术正快速应用于工业领域,工业视觉应用逐步有带领智能制造的势头。众所周知,视觉应用核心的硬件就是工业相机,而一般工业相机按照像元排列方式分为线阵相机和面阵相机,这两者在功能和应用上具体有什么区别呢,下面给大家做一个简单的介绍。了解线阵相机与面阵相机的基本区别工业相机按照传感器的结构特性可分为面阵相机和线阵相机,面阵、线阵相机都有各自的优点和缺点,在用途不同的情况下选择合适的传感器的结构工业相机,至关重要。1、类型区分面阵相机:实现的是像素矩阵拍摄。相机拍摄图像中,表现图像细节不是由像素多少决定的,是由分辨率决定的。分辨率是由选择的镜头焦距决定的,同一种相机,选用不同焦距的镜头,分辨率就不同。 像素的多少不决定图像的分辨率(清晰度),那么大像素相机有何好处呢?答案只有一个:减少拍摄次数,提高测试速度。线阵相机:顾名思义是呈“线”状的。虽然也是二维图像,但长。几K的长度,而宽度却只有几个象素的而已。一般上只在两种情况下使用这种相机:一、被测视野为细长的带状,多用于滚筒上检测的问题。 二、需要大的视野或高的精度。在第二种情况下(需要大的视野或高的精度),就需要用激发装置多次激发相机,进行多次拍照,再将所拍下的多幅“条”形图象,合并成一张巨大的图。因此,用线阵型相机,用可以支持线阵型相机的采集卡。 线阵型相机价格贵,而且在大的视野或高的精度检测情况下,其检测速度也慢--一般相机的图象是 400K~1M,而合并后的图象有几个M这么大,速度自然就慢了。慢功出细活嘛。由于以上这两个原因,线阵相机只用在特殊的情况下。 光虎视觉,主营面阵相机,工业相机,欢迎您联系我们,公司网址:www.optiger.com.cn
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像方远心、物方远心、双远心镜头的区别
像方远心、物方远心、双远心镜头的区别 工业镜头是机器视觉系统中十分重要的成像元件,系统若想完全发挥其作用,工业镜头必须能够满足要求才行。随着机器视觉系统在精密测量领域的广泛应用,普通工业镜头难以满足要求,而远心镜头应运而生。 远心镜头主要为矫正传统工业镜头视差而设计,它可以在一定的物距范围内,使得到的图像放大倍率不变,从而弥补普通工业镜头“远大近小”的视觉效果,满足精密测量的要求。远心镜头按设计原理可分为:像方远心光路、物方远心光路和双侧远心光路。 --------------光路原理 1)像方远心光路 像方远心光路的光路图下图。它是将孔径光阑放置在物方焦平面上,像方主光线平行于光轴主光线的会聚中心位于像方无穷远。这种镜头的特点是放大倍率与像距无关,可以消除像方调焦不准引入的测量误差。 2)物方远心光路 物方远心光路的光路图如下图。它是将孔径光阑放置在光学系统的像方焦平面上,物方主光线平行于光轴主光线的会聚中心位于物方无限远。这种镜头的特点是在合理的活动范围内,物体的放大倍率与物距无关。即使物距发生改变,像高也并不会发生改变,即测得的物体尺寸不会变化。根据这个原理设计出来的镜头成为物方远心镜头,简称远心镜头。 3)双侧远心光路 双侧远心光路就是我们常说的双远心光路,光路图如下图。它综合了像方远心和物方远心的双重优点,在景深范围内,物体离得远近或者相机离得远近,都不会影响到成像系统的放大倍数,即像不随物距和相距的变化而变化。根据双侧远心光路设计出来的镜头成为双远心镜头。 镜头原型 正所谓“弱水三千,只取一瓢饮”。在远心镜头选型过程中,需要我们根据实际情况,从百万只镜头中,挑选出最适合我们的那一个。在了解了远心镜头的光路原理之后,让我们来康康镜头参数的含义吧!(1)物方远心镜头 前面提到,物方远心镜头简称为远心镜头。远心镜头常用参数包括倍率、工作距离、物方分辨率、景深、数值孔径NA等。在众多参数中,可能会让大家困惑的参数,应该是数值孔径NA了吧。 远心镜头中提到的数值孔径NA指像方数值孔径,数值孔径NA值越大,镜头分辨率和亮度越佳。数值孔径NA与物方分辨率的对应关系为: 物方分辨率=,λ为测试光波长。一般远心镜头参数中,也会给出镜头可匹配的像元大小。如果参数中并没有给出镜头的良配怎么办呢?不慌,不慌,一个公式解决烦恼:匹配相机像元尺寸=物方分辨率*镜头倍率。 (2)双远心镜头 双远心镜头常用参数相对于远心镜头来说更容易理解。它包括倍率、物方分辨率、工作距离、景深、远心度等。在这些参数中,各参数的对应关系与远心镜头的对应关系相一致。需要特别解释一下的,应该只有远心度了。它是评价远心镜头和双远心镜头好坏的重要参数之一。 远心度是指主光线偏离光轴的角度。角度越小,远心度越好,镜头的倍率误差越小。在测量过程中的表现为:在景深范围内,保证不同工作距下,物体的放大率是一样的。它是弥补普通工业镜头“远大近小”这一弊端的重要因素。 -------------双远心镜头优势远心镜头和双远心镜头常用于精密测量领域。在解释完他们的光路原理和参数意义后,大家有没有困惑,远心镜头和双远心镜头在景深范围内,工作距离都不会影响成像倍率,且畸变值都很小。那在选型过程中,如何取舍呢?双远心镜头当然是靠实力取胜啦。 双远心镜头相对于远心镜头景深更大。当其他参数相同的情况下,双远心镜头的工作范围比远心镜头的工作范围要大,可观测的范围更广。当我们需要观测的物体高度差比较大时,可以优先考虑双远心镜头。 双远心镜头相对于远心镜头远心度也更高。在精密测量的选型过程中,如果对观测物体精度要求很高时,双远心镜头会是一个更好的选择。 >>光虎光电科技(天津)有限公司<< >>公司网址:www.optiger.com.cn<<
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工业相机基本参数及选型
工业相机基本参数及选型工业相机是机器视觉系统中的一个关键组件,其基础功能就是将光信号转变成为有序的电信号。选择合适的工业相机也是机器视觉系统设计中的重要环节,工业相机不仅直接决定所采集到的图像分辨率、图像质量等,同时也与整个系统的运行模式直接相关。工业相机的性能优势 好的工业相机应具有高精度、高清晰度、色彩还原好、低噪声等特点,而且通过计算机可以编程控制曝光时间、亮度、增益等参数,另外图像窗口无级缩放,带有外触发输入,带有闪光灯控制输出等功能。国内知名的工业相机生产销售商维视数字图像(Microvision),结合多年研发生产经验及客户需求,特整理出选择工业相机时的注意事项及必看参数,方便一般客户做出合理选择。工业相机的基本参数分辨率 相机每次采集图像的像素点数,一般对应于光电传感器靶面排列的像元数,如1920*1080。 像素深度 每位像素数据的位数,常见的是8bit,10bit,12bit。分辨率和像素深度共同决定了图像的大小。例如对于像素深度为8bit的500万像素,则整张图片应该有500万*8/1024/1024=37M(1024bit=1KB,1024KB=1M)。增加像素深度可以增强测量的精度,但同时也降低了系统的速度,并且提高了系统集成的难度(线缆增加,尺寸变大等)。 帧率/行频 相机采集和传输图像的速度,对于面阵相机一般为每秒采集的帧数(Frames/Sec),对于线阵相机为每秒采集的行数(HZ)。 曝光的方式和快门速度 工业线阵相机都是逐行曝光的方式,可以选择固定行频和外触发同步的方式,曝光时间可以与行周期一致,也可以设定一个固定的时间;面阵相机有帧曝光、场曝光和滚动曝光几种常见方式,工业数字相机一般都提供外触发采图的功能,快门速度一般可到10ms,高速相机还会更快。 像元尺寸 像元大小和像元数(分辨率)共同决定了相机靶面的大小。目前工业数字相机像元尺寸一般位3μm~10μm,一般像元尺寸越小,制造难度越大,图像质量也越不容易提高。 光虎视觉,主营面阵相机,工业相机,欢迎您联系我们,公司网址:www.optiger.com.cn
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什么是结构光成像
什么是结构光成像 1.为什么需要三维成像? 随着我们文明的集体需求变得越来越复杂,过去的二维成像方法已经给我们对周围世界的感知和理解造成了限制。我们生活在3D世界中,许多应用领域都可以从3D意识中受益。 我们的“立体”眼睛和认知处理能力建立起我们的三维意识,但是提取三维信息并不是只能通过立体视觉。目前我们已经开发了几种不同的3D方法并将其应用于机器视觉,其中一种迅速流行(和实用)的方法就是结构化光成像。 2.结构光成像是什么? 结构化光成像使用特定的(通常是调制的)光图案和2D成像相机来捕获表面的3D形貌。Photoneo是结构照明系统的一个典型示例,现已在工业上被广泛的实际应用。 这个概念很简单:将已知的图案投影到表面上。当相机从一个(或多个)不同的角度查看图案时,目标的表面特征会使图案变形,如图1所示。图案变形的方向和大小用于重构目标对象的表面形貌。 图1:规则的条纹图案投射到球上。球的圆形表面使条纹变形,并且变形的图像被相机捕获以进行分析和对象重建。 在图1所示的示例中,已说明了规则的正弦波模式。这种类型的模式通常用于相移顺序投影方法,这只是已开发的几种方法之一。其他包括连续变化的彩虹图案,灰度或色带索引,网格索引(例如,使用伪随机二进制点或2D颜色编码的点阵列)等。除了这些方法之外,还有混合方法,它们结合了多种方法来优化特定表面或目标的结果。 关于各种方法的详细讨论超出了本文的范围。为了便于讨论,本文仅详细介绍相移方法。 3.什么是相移? 相移方法利用一组灰度图像,其像素强度由正弦波模式定义,如图2所示。通常,使用三个(或可能更多)图像之间具有已知相移的图像。将相移后的图案顺序投影到对象上,然后在进行相位展开操作之后,将所得的差异图像与参考平面进行比较,以提取原始对象的表面特征。 图2:用于相移结构光投影的3种正弦波模式图像之一 4.相移示例? 现在,让我们将“相移”方法应用于一个假设的示例。假设我们要绘制一个塑料球的3D表面,如图3所示。 图3:扫描目标:一个塑料球 如图4所示,以图像之间的已知相移来准备投影图案图像(请注意,通常使用3张或更多张图像。此处仅示出了2张,以节省空间)。 图4:相移投影图案。 在构造了投影图案之后,将图案顺序地投影到对象上,并捕获图像。展开后,可以重建3D表面贴图,如图5所示。 图5:相移的投影和生成的3D构造。 您可能会注意到,在图5的右侧仅重建了球体的前半部分(或“上半部分”)。对于这个假设的示例,我们假设没有移动摄像机。重要的是要了解结构光成像通常不用于测量体积密度(例如医学成像中使用的MRI或CT扫描)。它更多地是一种“表面映射”方法,因为它照亮了一个表面,并映射了该表面的形貌变化而不是物体的体积。从平面作为参考开始,此方法测量从该参考平面开始的偏转。即使此方法只能在任何给定的2D视图中捕获单个平面的偏转,也可以通过将目标旋转360°并捕获覆盖其整个表面的多个表面贴图来组装目标整个3D表面的3D网格。 结构光成像通常用于机器视觉,因为它可以产生高分辨率结果。某些方法可以有效地用于中速和高速应用。它允许同时采集多个样本,并可用于满足广泛或实际的挑战。