機器視覺光學配置的六大基礎參數

機器視覺光學件配置的六項基本參數


如果您和使用機器視覺的大多數人一樣,可能會想要知道不同的鏡頭如何幫助您獲得更佳的視覺系統檢測與缺陷探測能力。您需要投資多少資金呢?您能從高品質卻價格低廉的鏡頭獲得所需的解析度嗎?這些都是重要的問題,也是做出明智鏡頭選擇的關鍵。

您的首要任務就是,先讓自己熟悉會影響圖像品質的基本參數。要讓您的視覺系統達到最高性能,將有很長一段路要走。

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六項主要參數如下:

1.視野:物件的可見區域

視野 (FOV) 可以透過相機的感測器與所選擇鏡頭之間的關係來測量。您可能已熟知鏡頭的指定焦距長度以公釐為單位。鏡頭的焦距長度可以告訴我們,視野角的角度為何。在不深入說明物理學的前提下,要考量的經驗法則就是,焦距長度越長,視野角就越狹窄,可放大的倍數也越大。焦距長度越短,視野角就越寬廣,可放大的倍數也越小。

光學件配置參數圖表 - 視野

2.檢測距離:鏡頭前端與檢測物件之間的距離

鏡頭前方與受檢測組件之間的檢測距離,絕大部分取決於應用。您應用中的空間是否有限,而不得不將視覺系統或感測器裝設在較靠近組件或特徵之處?或者,可以較有彈性地選擇實際的視覺系統位置?在為應用選擇鏡頭時,都應將這些情況列入考量。
 

光學件配置參數圖表 - 檢測距離


3.解析度:圖像系統可以重現物件或特徵細節的能力

圖像感測器會將感測器的水平與垂直尺寸分割成許多圖元,每個特定大小的圖元都以微米為單位。您可以使用這些規格,判斷感測器的解析度以及是否適合用於您的應用。一般而言,要檢測的物件或特徵尺寸越小,需要的解析度越高。
 

光學件配置參數圖表 - 解析度



4.景深:物件可完全保持清晰對焦的最大深度。

在相當特定的應用中,景深可以是重要參數。例如,物流環境中的讀碼應用需要深厚的景深。這是因為 FOV 內的物件經常有不同尺寸與比例,而在條碼與鏡頭對焦點之間形成遠近各異的檢測距離。

與此概念相關的鏡頭特性為光圈,或打開鏡頭讓光線進入相機的圖像感測器。光圈通常稱為 f number 或 f stop,不同的數值會影響指定對焦點的景深程度。較小的光圈 (f number 較大) 可讓較少光線進入感測器,而形成較深厚的景深。較大的光圈 (f number 較大) 可讓較多光線進入感測器,而形成較淺薄的景深。

光學件配置參數圖表 - 景深


5.感測器尺寸:相機感測器的感光區域,一般會以水平尺寸指定。

圖像感測器有從 1 英寸到小至 ¼ 英寸的眾多尺寸。

光學件配置參數圖表 - 感測器尺寸
 

 

可使用圖像感測器的水平尺寸,加上所需的 FOV (mm),即可判斷應用必須要有的主要放大倍率 (PMAG)。

6.主要放大倍率 (PMAG):感測器尺寸與 FOV 之間的比率

如上一節所述,成像鏡頭的焦距長度可決定鏡頭的視野角與所產生圖像的放大倍數。這稱為主要放大倍率,或 PMAG。使用圖像感測器的水平尺寸與所需的 FOV,即可決定必要的 PMAG 值,協助選擇適合您應用的鏡頭。例如,您可以使用下列方程式:
 

PMAG 方程式

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