机器视觉-镜头

摘要

属于几何光学的范畴，了解一些经典成像系统如厚透镜成像系统，利用近轴近似得到的高斯光学，成像系统的一些基本概念，如孔径光阑、入瞳出瞳、景深概念与计算、像差分类与了解。远心镜头的了解。

厚透镜成像原理

景深

首先要有一个弥散圆的概念，在焦点的前后一小段范围，人眼无法辨别是否模糊了，此段范围在两个弥散圆之间，这段范围就是景深。以焦点分为前景深和后景深。

参考：景深概念与计算

远心镜头

一定范围内，使得到的图像放大率不会变化，纠正传统镜头视差，这种镜头拍出的图像没有近大远小的关系。
远心镜头是普通镜头与小孔成像原理的结合

光学特性：高分辨率、超宽景深、超低畸变、以及独有的平行光设计

分为物方远心镜头、像方远心镜头、双侧远心镜头

使用范围：

• 1)当被检测物体厚度较大,需要检测不止一个平面时,典型应用如食品盒,饮料瓶等。

• 2)当被测物体的摆放位置不确定,可能跟镜头成一定角度时。

• 3)当被测物体在被检测过程中上下跳动,如生产线上下震动导致工作距离发生变化时。

• 4)当被测物体带孔径、或是三维立体物体时。

• 5)当需要低畸变率、图像效果亮度几乎完全一致时。

• 6)当需要检测的缺陷只在同一方向平行照明下才能检测到时。

• 7)当需要超过检测精度时,如容许误差为1um。

参考：远心镜头原理

镜头的像差

常规有六中像差，色差和5种单色像差，单色像差分为：球差、慧差、像散、场曲、畸变

球差

由于远离光轴的光线与近轴光线并不交于同一点，这是由于球面镜头边缘的折射增大造成的，无论像平面在哪里都会有一个弥散圆，只能使这个弥散圆尽量小。

方法：使用较大的f数，使用较小的通光光圈可以阻止远离光轴的光线通过镜头，但由于衍射的存在，光圈不能无限小。另外是使用非球面镜头

慧差

与光轴成一定角度的光线通过镜头后不聚于一点

方法：使用大的f数来减少慧差

像散

子午平面轴外物点和光轴所定义的平面
弧矢平面过光轴且与子午平面相互垂直的平面

轴外物点发出的在子午平面和弧矢平面上的光线经过镜头后不交于一点，而是聚焦成两条短线，分别垂直于子午平面和弧矢平面

方法：使用大f数的孔径光阑，光学设计

场曲

中心聚焦清晰，边缘散焦严重
方法与上相同

渐晕指的是边缘亮度相对中心有很大下降

畸变

不经过光轴的直线通过镜头后成的像不再是一条直线
枕形畸变 桶形畸变