机器视觉基础知识

### 机器视觉基础知识 #### 一、机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 ##### 基本概念 在探讨机器视觉中的图像采集技术之前，我们首先需要了解一些基本概念。 1. **成像面**：指的是镜头能清晰成像的物方平面。 2. **工作距离（WD）**：指物镜到被检测物体的距离范围。如果工作距离超出了最小或最大限制，系统将无法正确成像。 3. **景深（DOF）**：在一个特定的调焦位置上，景深内的物体都可以清晰地成像。景深越大，物体清晰的范围就越宽。 4. **视野（FOV）**：指图像采集设备能够覆盖的最大范围。这既可以是在监视器上可见的范围，也可以是设备输出的数字图像所能覆盖的最大范围。 5. **畸变**：由于镜头原因导致的图像范围内不同位置上的放大率存在差异的现象，主要分为径向畸变和切向畸变。 6. **镜头接口**：常见的接口有C-Mount和CS-Mount。C-Mount的标准接口螺纹直径为1英寸，螺距为32牙；而CS-Mount与C-Mount的主要区别在于镜头定位面到图像传感器光敏面的距离不同。 7. **光圈与F值**：光圈用于控制镜头的通光量，其大小通常用F值表示，例如f1.4、f2等。 8. **焦距**：是指像方主面到像方焦点的距离，常用的单位有毫米。 9. **分辨率**：测量系统能够重现的最小细节的尺寸，通常用每毫米线对（lp/mm）来表示。 10. **镜头的调制传递函数（MTF）**：是衡量成像系统性能的最佳指标，能够同时表征系统重现物方空间的几何和灰度细节的能力。 ##### 成像原理及参数间关系 - **成像原理**：通过镜头将光线聚焦到图像传感器上，从而形成图像。 - **参数间关系**：不同参数之间存在着紧密的联系。例如，光圈大小会影响进光量，进而影响图像的亮度和景深；焦距的大小则决定了图像的放大倍数和视野范围。 #### 二、镜头的分类 根据不同的标准，镜头可以被分为多种类型。 1. **按等效焦距分类**： - **广角镜头**：等效焦距小于标准镜头（50mm），具有较短的工作距离、较大的景深和视角，常伴有桶形畸变。 - **中焦距镜头**：焦距位于广角和长焦之间，畸变校正较好。 - **长焦距镜头**：等效焦距超过200mm，具有较长的工作距离、较大的放大比，常伴有枕形状畸变。 2. **按功能分类**： - **变焦距镜头**：焦距可调节，视角和视野可变。 - **定焦距镜头**：焦距固定，视角固定，但聚焦位置和光圈可以调节。 - **定光圈镜头**：光圈不可调节，通常聚焦也不可调节。 3. **按用途分类**： - **微距镜头**：适用于拍摄较小的目标，具有较高的放大比。 - **远心镜头**：包括物方远心镜头和像方远心镜头以及双边远心镜头。远心镜头的特点在于其特殊的光学设计，使得系统的出瞳和入瞳位置处于无限远处。其中物方远心镜头能有效减少透视畸变，而像方远心镜头可以获得更好的像面照度均匀性。 机器视觉中的图像采集技术涉及到众多的基础知识和技术细节。掌握这些基本概念和技术对于理解和应用机器视觉技术至关重要。通过对这些内容的学习，我们可以更好地理解机器视觉系统的组成及其工作原理，从而在实际应用中做出更合理的选择。