機(jī)器視覺(jué)這行干久了你會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)很有意思的現(xiàn)象絕大多數(shù)人把注意力全放在相機(jī)和算法上覺(jué)得只要相機(jī)像素夠高、算法模型夠強(qiáng)檢測(cè)精度就能上去。但實(shí)際產(chǎn)線上跑一圈就明白鏡頭才是那個(gè)真正卡脖子的環(huán)節(jié)。我見(jiàn)過(guò)太多項(xiàng)目相機(jī)從500萬(wàn)換到2000萬(wàn)算法從傳統(tǒng)模板匹配換到深度學(xué)習(xí)結(jié)果成像質(zhì)量紋絲不動(dòng)最后發(fā)現(xiàn)是鏡頭本身的分辨率根本喂不飽傳感器。工業(yè)鏡頭這個(gè)看起來(lái)不起眼的光學(xué)件直接決定了整套視覺(jué)系統(tǒng)的物理極限選錯(cuò)了后面花多少錢(qián)都補(bǔ)不回來(lái)。這篇內(nèi)容我想從一線實(shí)操的角度把工業(yè)鏡頭的選型邏輯、關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算方法、和打光方案的配合以及實(shí)際調(diào)試中踩過(guò)的坑系統(tǒng)地捋一遍。不管你是剛?cè)胄械囊曈X(jué)工程師還是正在做方案選型的設(shè)備集成商或者是準(zhǔn)備面試機(jī)器視覺(jué)崗位的求職者這些內(nèi)容都應(yīng)該能給你一些可以直接用的參考。我不打算堆公式嚇人而是把每個(gè)參數(shù)背后為什么要這么算講清楚讓你在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)面對(duì)供應(yīng)商的選型表時(shí)能自己判斷。1. 工業(yè)鏡頭在視覺(jué)系統(tǒng)中的真實(shí)定位1.1 為什么說(shuō)鏡頭決定了系統(tǒng)的物理天花板很多人對(duì)鏡頭的理解停留在把物體成像到傳感器上這個(gè)層面這話沒(méi)錯(cuò)但太淺了。真正需要理解的是鏡頭是一個(gè)光學(xué)傳遞系統(tǒng)它對(duì)物體細(xì)節(jié)的傳遞能力是有物理上限的。相機(jī)傳感器的像素再小、密度再高如果鏡頭無(wú)法把物體的細(xì)節(jié)分辨清楚傳感器接收到的就是一團(tuán)模糊的光斑再高的像素也只是把模糊拍得更清楚而已。這里涉及一個(gè)核心概念叫鏡頭的分辨率通常用每毫米能分辨的線對(duì)數(shù)來(lái)表征。光學(xué)系統(tǒng)的分辨率受衍射極限和像差的雙重限制即使是一個(gè)完美的鏡頭受限于光的波動(dòng)性它的分辨率也有極限值。實(shí)際鏡頭因?yàn)檠心ゾ?、鍍膜工藝、裝配公差等因素分辨率會(huì)低于理論衍射極限。當(dāng)你用500萬(wàn)像素相機(jī)配一個(gè)只能支持200萬(wàn)像素解析度的鏡頭時(shí)多出來(lái)的像素本質(zhì)上是在記錄光學(xué)模糊屬于無(wú)效信息。我在一個(gè)液晶面板檢測(cè)項(xiàng)目里吃過(guò)這個(gè)虧。當(dāng)時(shí)用的是2000萬(wàn)像素的CMOS檢測(cè)0.05mm的微劃痕鏡頭選了一款性價(jià)比很高的百萬(wàn)像素級(jí)定焦鏡。結(jié)果成像出來(lái)的劃痕邊緣完全糊掉對(duì)比度極低算法怎么調(diào)都提不上檢出率。后來(lái)?yè)Q成一款專門(mén)為高分辨率傳感器設(shè)計(jì)的低畸變鏡頭同樣的相機(jī)和光源劃痕的對(duì)比度立刻上了一個(gè)臺(tái)階算法參數(shù)幾乎不用大改就達(dá)到了檢出要求。那次之后我形成了一個(gè)習(xí)慣先確認(rèn)鏡頭的光學(xué)分辨率能不能匹配傳感器像元尺寸再談相機(jī)選型。1.2 鏡頭、相機(jī)、光源三者的耦合關(guān)系視覺(jué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量從來(lái)不是單個(gè)部件決定的而是鏡頭、相機(jī)、光源三者耦合的結(jié)果。鏡頭負(fù)責(zé)傳遞光學(xué)信息相機(jī)負(fù)責(zé)光電轉(zhuǎn)換和采樣光源負(fù)責(zé)提供對(duì)比度。這三者的關(guān)系可以用一個(gè)很直觀的類比來(lái)理解鏡頭是水管相機(jī)是水桶光源是水壓。水管再粗水壓不夠水桶也裝不滿水桶再大水管細(xì)也灌不快。很多現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試調(diào)不出效果就是因?yàn)闆](méi)有從系統(tǒng)層面去分析而是孤立地調(diào)某一個(gè)部件。實(shí)際操作中有一個(gè)基本順序先根據(jù)檢測(cè)精度要求確定需要的像素精度再根據(jù)視野大小選定相機(jī)分辨率和傳感器尺寸然后根據(jù)傳感器尺寸和視野計(jì)算需要的鏡頭焦距和放大倍率最后根據(jù)檢測(cè)特征的光學(xué)特性選擇打光方式和光源類型。這個(gè)順序不能亂亂了就會(huì)出現(xiàn)反復(fù)換件的浪費(fèi)。注意鏡頭接口必須和相機(jī)接口匹配。常見(jiàn)的有C口、CS口、F口、M42、M58等。C口和CS口的法蘭距不同CS口相機(jī)加轉(zhuǎn)接環(huán)可以接C口鏡頭反過(guò)來(lái)不行會(huì)打壞傳感器。這個(gè)細(xì)節(jié)在選型時(shí)一定要確認(rèn)。1.3 不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)鏡頭的需求差異工業(yè)鏡頭的類型非常多按功能分有定焦鏡頭、變焦鏡頭、遠(yuǎn)心鏡頭、顯微鏡頭、線掃鏡頭等。每種鏡頭都有其最適合的場(chǎng)景選錯(cuò)類型比選錯(cuò)參數(shù)更致命。定焦鏡頭是最常用的適合工作距離相對(duì)固定、視野變化不大的場(chǎng)景比如一般的定位、測(cè)量、有無(wú)檢測(cè)。它的優(yōu)勢(shì)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、畸變小、光圈大、價(jià)格相對(duì)便宜。遠(yuǎn)心鏡頭分物方遠(yuǎn)心和像方遠(yuǎn)心物方遠(yuǎn)心鏡頭的主光線平行于光軸這意味著它對(duì)物體的遠(yuǎn)近不敏感測(cè)量精度不受工作距離微小變化的影響。在精密尺寸測(cè)量場(chǎng)景里遠(yuǎn)心鏡頭幾乎是標(biāo)配。我做過(guò)一個(gè)手機(jī)金屬中框的尺寸測(cè)量項(xiàng)目用普通定焦鏡頭時(shí)工件在治具上上下浮動(dòng)0.1mm測(cè)量結(jié)果就漂了十幾個(gè)微米換成雙遠(yuǎn)心鏡頭后同樣的浮動(dòng)下測(cè)量重復(fù)性穩(wěn)定在2微米以內(nèi)。顯微鏡頭用于微米級(jí)甚至亞微米級(jí)的觀察比如半導(dǎo)體晶圓檢測(cè)、微流控芯片觀察。它的景深極淺對(duì)焦和工件平面度要求極高。線掃鏡頭配合線掃相機(jī)使用用于連續(xù)運(yùn)動(dòng)的物體成像比如布匹、紙張、金屬帶材的表面檢測(cè)。線掃鏡頭對(duì)邊緣視場(chǎng)的照度和分辨率一致性要求很高。鏡頭類型典型應(yīng)用優(yōu)勢(shì)局限定焦鏡頭定位、有無(wú)、普通測(cè)量性價(jià)比高、畸變小工作距離受限、放大倍率固定物方遠(yuǎn)心鏡頭精密尺寸測(cè)量無(wú)視差、測(cè)量穩(wěn)定體積大、價(jià)格高、視野小顯微鏡頭微細(xì)結(jié)構(gòu)觀察放大倍率高景深極淺、工作距離短線掃鏡頭連續(xù)表面檢測(cè)分辨率一致性好需要配合線光源和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)變焦鏡頭多規(guī)格柔性檢測(cè)視野可調(diào)標(biāo)定復(fù)雜、重復(fù)精度低2. 鏡頭選型的核心參數(shù)與計(jì)算方法2.1 焦距、視場(chǎng)、工作距離的三角關(guān)系鏡頭的焦距、視野和工作距離構(gòu)成一個(gè)基本的幾何關(guān)系這是選型計(jì)算的起點(diǎn)。核心公式很簡(jiǎn)單焦距 f 傳感器尺寸 × 工作距離 / 視野大小這里需要注意的是傳感器尺寸要對(duì)應(yīng)的那個(gè)方向。比如你要算水平方向的焦距就用傳感器的水平尺寸和水平視野要算垂直方向的就用垂直尺寸和垂直視野。實(shí)際選型時(shí)兩個(gè)方向都要算取更嚴(yán)格的那個(gè)。舉個(gè)例子假設(shè)用1/1.8英寸傳感器水平尺寸7.2mm垂直尺寸5.4mm。要求檢測(cè)的視野是100mm × 75mm工作距離大概300mm。那么水平方向需要的焦距是 7.2 × 300 / 100 21.6mm垂直方向是 5.4 × 300 / 75 21.6mm。兩個(gè)方向一致選一個(gè)接近的標(biāo)準(zhǔn)焦距比如20mm或25mm的鏡頭。但這個(gè)計(jì)算只是初步估算實(shí)際選型還要考慮鏡頭的最近對(duì)焦距離、接口長(zhǎng)度、以及是否需要加接圈。很多工業(yè)鏡頭的最近工作距離有限制如果計(jì)算出的工作距離小于鏡頭的最小工作距離就需要加接圈來(lái)縮短最近對(duì)焦距離或者換更長(zhǎng)焦距的鏡頭重新算。2.2 像素精度與鏡頭分辨率的匹配計(jì)算像素精度是視覺(jué)系統(tǒng)最核心的指標(biāo)之一它決定了系統(tǒng)能分辨的最小特征尺寸。像素精度的計(jì)算公式是像素精度 視野大小 / 相機(jī)像素?cái)?shù)比如視野100mm相機(jī)水平像素2448那么像素精度就是100 / 2448 ≈ 0.041mm也就是41微米。這意味著一個(gè)像素代表實(shí)際物體上41微米的長(zhǎng)度。但這里有個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)像素精度不等于檢測(cè)精度。要檢測(cè)一個(gè)特征通常需要該特征在圖像上至少占據(jù)3到5個(gè)像素才能保證可靠的檢出和測(cè)量。所以實(shí)際可檢測(cè)的最小特征尺寸大約是像素精度的3到5倍。上例中41微米的像素精度實(shí)際能穩(wěn)定檢測(cè)的特征大概在120到200微米以上。反過(guò)來(lái)如果你要檢測(cè)0.05mm的劃痕按5個(gè)像素算需要的像素精度是0.01mm那么相機(jī)像素?cái)?shù)至少要達(dá)到視野除以0.01。如果視野是50mm就需要5000像素以上的相機(jī)也就是至少500萬(wàn)像素級(jí)別2448×2048大約500萬(wàn)。同時(shí)鏡頭的光學(xué)分辨率必須能支持這個(gè)像素精度。鏡頭分辨率的匹配計(jì)算稍微復(fù)雜一些。傳感器上每個(gè)像素的尺寸是已知的比如2.4微米。根據(jù)奈奎斯特采樣定理鏡頭的光學(xué)分辨率至少要能分辨兩個(gè)像素的間隔也就是4.8微米的空間頻率。換算成線對(duì)就是每毫米約104線對(duì)。如果鏡頭標(biāo)稱的分辨率只有每毫米60線對(duì)那就無(wú)法充分發(fā)揮傳感器的能力。提示選鏡頭時(shí)不要只看價(jià)格和焦距。問(wèn)供應(yīng)商要MTF曲線或者分辨率標(biāo)稱值確認(rèn)它的光學(xué)分辨率能滿足你的像素精度要求。很多低端鏡頭在邊緣視場(chǎng)的分辨率會(huì)明顯下降如果檢測(cè)區(qū)域在視野邊緣要特別關(guān)注邊緣MTF。2.3 景深、畸變與邊緣亮度這些容易忽略的指標(biāo)景深是鏡頭選型中經(jīng)常被低估的參數(shù)。它指的是在保持清晰成像的前提下物體可以偏離最佳對(duì)焦面多少距離。景深和光圈、焦距、工作距離都有關(guān)系光圈越小景深越大焦距越短景深越大工作距離越遠(yuǎn)景深越大。在測(cè)量有高度的工件時(shí)景深不足會(huì)導(dǎo)致工件頂部和底部無(wú)法同時(shí)清晰測(cè)量結(jié)果漂移。我做過(guò)一個(gè)連接器針腳高度測(cè)量項(xiàng)目針腳有2mm的高度差最初選的鏡頭光圈開(kāi)到最大景深只有0.8mm頂部的針腳完全糊了。后來(lái)把光圈收到F8景深擴(kuò)展到2.5mm雖然進(jìn)光量下降需要加強(qiáng)光源但測(cè)量穩(wěn)定性大幅提升。畸變是另一個(gè)容易被忽視的參數(shù)。普通鏡頭的畸變通常在1%到3%之間對(duì)于定位應(yīng)用影響不大但對(duì)于測(cè)量應(yīng)用畸變會(huì)直接導(dǎo)致測(cè)量誤差。遠(yuǎn)心鏡頭的畸變通?？刂圃?.1%以內(nèi)高端的甚至能做到0.02%。如果測(cè)量精度要求高要么選低畸變鏡頭要么在軟件里做畸變校正。但畸變校正會(huì)引入插值誤差而且標(biāo)定過(guò)程比較麻煩不如直接選一個(gè)好鏡頭。邊緣亮度衰減也值得關(guān)注。大部分鏡頭中心區(qū)域的進(jìn)光量比邊緣高形成所謂的暗角。這在檢測(cè)大視野均勻性要求高的場(chǎng)景里很麻煩比如檢測(cè)液晶屏的亮度均勻性鏡頭本身的暗角會(huì)干擾判斷。這種情況要么選邊緣照度一致性好的鏡頭要么在軟件里做平場(chǎng)校正。3. 打光方案與鏡頭的配合實(shí)戰(zhàn)3.1 光源類型與鏡頭光圈、濾鏡的聯(lián)動(dòng)打光方案不是孤立設(shè)計(jì)的它和鏡頭的光圈設(shè)置、濾鏡選擇緊密相關(guān)。光圈不僅控制進(jìn)光量還影響景深和成像分辨率。一般來(lái)說(shuō)鏡頭在最大光圈收縮兩到三檔時(shí)成像質(zhì)量最佳這個(gè)位置叫最佳光圈。比如最大光圈F2.8的鏡頭最佳光圈通常在F5.6到F8之間。在打光方案確定后要根據(jù)光源的亮度和相機(jī)的曝光時(shí)間來(lái)確定光圈大小。如果光源足夠亮盡量用小光圈以獲得更大的景深和更好的成像質(zhì)量。如果光源不夠亮就要開(kāi)大光圈或者延長(zhǎng)曝光時(shí)間但開(kāi)大光圈會(huì)犧牲景深延長(zhǎng)曝光時(shí)間則可能引入運(yùn)動(dòng)模糊。濾鏡的使用也很關(guān)鍵。在強(qiáng)環(huán)境光干擾的場(chǎng)景可以加窄帶濾光片只讓光源波長(zhǎng)的光通過(guò)大幅提升信噪比。比如用紅色光源時(shí)加紅色濾光片環(huán)境中的白光和藍(lán)光都被濾掉圖像的對(duì)比度會(huì)顯著提升。偏振鏡則用于消除金屬表面的反光在檢測(cè)金屬件時(shí)非常有用。3.2 不同檢測(cè)特征對(duì)應(yīng)的打光策略打光方案的設(shè)計(jì)原則是讓需要檢測(cè)的特征在圖像中呈現(xiàn)最大對(duì)比度同時(shí)讓不需要檢測(cè)的部分盡量均勻或消失。不同的檢測(cè)特征需要不同的打光方式。劃痕、裂紋檢測(cè)通常用低角度暗場(chǎng)照明光源從側(cè)面以一個(gè)很低的掠射角照射劃痕的邊緣會(huì)產(chǎn)生散射在暗背景上形成亮的線條。這種打光方式對(duì)比度極高但要求光源方向與劃痕方向有一定夾角。平面字符、二維碼識(shí)別用同軸光或環(huán)形光正面照明保證字符區(qū)域亮度均勻避免反光干擾。金屬表面缺陷檢測(cè)金屬反光強(qiáng)普通正面光會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的高光掩蓋缺陷。通常用低角度環(huán)形光或條形光讓光線以一定角度照射缺陷處因?yàn)楸砻嫘蚊沧兓瘯?huì)產(chǎn)生不同于背景的散射。透明物體檢測(cè)比如玻璃、薄膜通常用背光照明利用物體對(duì)光的折射和吸收形成對(duì)比。高度差檢測(cè)用斜射光不同高度的表面反射光角度不同形成亮度差異。檢測(cè)特征推薦打光方式光源類型鏡頭配合要點(diǎn)劃痕、裂紋低角度暗場(chǎng)條形光、線光小光圈增加景深避免散射光進(jìn)入平面字符同軸或環(huán)形正面光同軸光源、環(huán)形光均勻照明注意消除反光金屬表面缺陷低角度斜射環(huán)形光、條形光加偏振鏡消除鏡面反光透明物體背光背光源、平行背光注意背光均勻性和邊緣銳度高度差斜射條形光控制光圈保證景深覆蓋高度范圍3.3 實(shí)測(cè)案例從失敗到成功的打光調(diào)整我印象最深的是一個(gè)金屬手機(jī)殼表面字符檢測(cè)項(xiàng)目。最初方案用的是同軸光源正面照射結(jié)果金屬表面像鏡子一樣把光反射回鏡頭字符完全被高光淹沒(méi)圖像一片白。第一次調(diào)整換成環(huán)形光正面照稍微好一點(diǎn)但金屬表面的鏡面反射仍然嚴(yán)重字符對(duì)比度很低。第二次調(diào)整把環(huán)形光的角度調(diào)大從正面改成45度斜射同時(shí)鏡頭前加了一片偏振鏡。這個(gè)組合讓金屬表面的鏡面反射光被偏振鏡濾掉大部分字符區(qū)域的漫反射光則能通過(guò)字符的對(duì)比度明顯提升。但邊緣區(qū)域還是有些不均勻。第三次調(diào)整把環(huán)形光分成四段每段獨(dú)立控制亮度針對(duì)金屬殼不同位置的曲率做亮度補(bǔ)償同時(shí)把鏡頭光圈從F2.8收到F5.6增加景深應(yīng)對(duì)金屬殼的輕微翹曲。這次調(diào)整后字符區(qū)域和背景的對(duì)比度達(dá)到了穩(wěn)定的檢出水平誤判率從最初的15%降到了0.3%以下。這個(gè)案例說(shuō)明打光方案往往需要多次迭代而且鏡頭的光圈和濾鏡是打光方案的一部分不能分開(kāi)考慮。4. 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試常見(jiàn)問(wèn)題與排查思路4.1 成像模糊的六種原因排查成像模糊是現(xiàn)場(chǎng)最常見(jiàn)的問(wèn)題但原因可能有很多種需要系統(tǒng)排查。我整理了一個(gè)排查順序從最容易確認(rèn)的開(kāi)始第一種焦距沒(méi)對(duì)好。這是最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)對(duì)焦環(huán)直到圖像最清晰。但要注意有些鏡頭在光圈全開(kāi)時(shí)對(duì)焦收縮光圈后焦點(diǎn)會(huì)漂移這叫焦點(diǎn)偏移。正確做法是在實(shí)際工作的光圈值下對(duì)焦。第二種工作距離超出鏡頭范圍。如果鏡頭的最小工作距離大于實(shí)際安裝距離或者最大工作距離小于實(shí)際距離都無(wú)法清晰成像。需要加接圈或換鏡頭。第三種景深不足。物體有高度差超出景深范圍的部分會(huì)模糊。解決方法是縮小光圈、換短焦鏡頭或增加工作距離。第四種鏡頭分辨率不夠。傳感器像素密度高但鏡頭分辨率低圖像整體發(fā)軟。這種情況只能換高分辨率鏡頭。第五種相機(jī)靶面與鏡頭不匹配。鏡頭設(shè)計(jì)的像面尺寸小于相機(jī)傳感器尺寸會(huì)導(dǎo)致邊緣成像質(zhì)量嚴(yán)重下降甚至出現(xiàn)黑邊。比如C口鏡頭通常支持2/3英寸以下傳感器如果用在1英寸傳感器上邊緣會(huì)糊。第六種震動(dòng)或運(yùn)動(dòng)模糊。曝光時(shí)間內(nèi)物體或相機(jī)有移動(dòng)導(dǎo)致圖像拖影。需要縮短曝光時(shí)間、增加光源亮度或加固安裝結(jié)構(gòu)。實(shí)操心得排查模糊問(wèn)題時(shí)先打印一張分辨率測(cè)試卡比如USAF 1951在實(shí)際工作距離和光圈下拍一張放大看中心到邊緣的分辨率變化。這一張圖能同時(shí)看出對(duì)焦、分辨率、畸變和邊緣衰減的問(wèn)題效率比逐個(gè)排查高得多。4.2 測(cè)量精度不達(dá)標(biāo)的原因分析測(cè)量精度不達(dá)標(biāo)比成像模糊更隱蔽因?yàn)閳D像看起來(lái)是清晰的但測(cè)量結(jié)果就是不對(duì)。常見(jiàn)原因有以下幾種鏡頭畸變未校正。普通鏡頭1%的畸變?cè)?00mm視野下意味著邊緣有1mm的誤差。如果測(cè)量區(qū)域跨越大半個(gè)視野畸變的影響就非常顯著。解決方法是做畸變標(biāo)定和校正或者直接換遠(yuǎn)心鏡頭。工作距離變化導(dǎo)致放大倍率變化。普通鏡頭的放大倍率隨工作距離變化工件在治具上的位置波動(dòng)會(huì)直接導(dǎo)致測(cè)量誤差。這在測(cè)量場(chǎng)景中要特別注意要么用遠(yuǎn)心鏡頭消除這個(gè)影響要么確保工件定位的重復(fù)性足夠高。像素精度計(jì)算錯(cuò)誤。有些人用相機(jī)的總像素?cái)?shù)去除以視野但忘了實(shí)際有效像素可能因?yàn)殓R頭暗角或畸變校正被裁掉一部分。計(jì)算像素精度時(shí)要用實(shí)際參與測(cè)量的像素?cái)?shù)。標(biāo)定不準(zhǔn)。用標(biāo)定板做像素當(dāng)量標(biāo)定時(shí)標(biāo)定板的精度、拍攝的張數(shù)、標(biāo)定算法的選擇都會(huì)影響結(jié)果。標(biāo)定板本身的精度應(yīng)該比測(cè)量精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)比如要測(cè)0.01mm的精度標(biāo)定板的精度至少是0.001mm級(jí)。光源不穩(wěn)定導(dǎo)致邊緣位置漂移。對(duì)于依賴邊緣檢測(cè)的測(cè)量光源亮度的波動(dòng)會(huì)影響邊緣閾值進(jìn)而影響測(cè)量結(jié)果。解決辦法是用恒流電源驅(qū)動(dòng)光源或者在算法里做自適應(yīng)閾值。4.3 常見(jiàn)問(wèn)題速查表問(wèn)題現(xiàn)象可能原因快速驗(yàn)證方法解決方案圖像整體模糊焦距未對(duì)好實(shí)時(shí)調(diào)焦觀察清晰度變化在工作光圈下重新對(duì)焦圖像中心清晰邊緣模糊鏡頭與傳感器不匹配查看鏡頭支持的靶面尺寸換匹配的鏡頭圖像邊緣有暗角鏡頭邊緣照度衰減拍均勻白板看亮度分布換低暗角鏡頭或做平場(chǎng)校正測(cè)量結(jié)果邊緣偏差大鏡頭畸變拍網(wǎng)格板看線條彎曲畸變校正或換遠(yuǎn)心鏡頭測(cè)量結(jié)果隨工件高度變化景深不足或放大倍率變化改變工件高度看結(jié)果變化縮小光圈或換遠(yuǎn)心鏡頭圖像有拖影運(yùn)動(dòng)模糊縮短曝光時(shí)間看是否改善增加光源亮度、縮短曝光字符檢測(cè)對(duì)比度低打光角度不合適調(diào)整光源角度觀察對(duì)比度改用斜射光加偏振鏡金屬表面高光干擾鏡面反射加偏振鏡對(duì)比效果偏振鏡加低角度打光4.4 鏡頭保養(yǎng)與更換的注意事項(xiàng)工業(yè)鏡頭是精密光學(xué)器件保養(yǎng)不當(dāng)會(huì)嚴(yán)重影響成像質(zhì)量。鏡頭表面有灰塵時(shí)不要用嘴吹也不要用普通紙巾擦。正確做法是用氣吹先吹掉浮塵再用專用的鏡頭紙和鏡頭液輕輕擦拭。擦拭時(shí)從中心向外螺旋運(yùn)動(dòng)不要來(lái)回蹭。鏡頭在潮濕或有腐蝕性氣體的環(huán)境中使用要注意防護(hù)。有些鏡頭內(nèi)部會(huì)起霧或長(zhǎng)霉一旦長(zhǎng)霉基本就報(bào)廢了。在惡劣環(huán)境中建議加裝防護(hù)罩或使用密封型鏡頭。更換鏡頭時(shí)要先關(guān)閉相機(jī)電源避免傳感器帶電吸附灰塵。拆下鏡頭后立即蓋上相機(jī)接口的防塵蓋。安裝新鏡頭時(shí)先確認(rèn)接口類型和螺紋是否匹配不要用力過(guò)猛損壞螺紋。提示鏡頭和相機(jī)的接口面如果有灰塵會(huì)在圖像上形成固定的暗斑。定期用氣吹清理接口面能避免很多莫名其妙的圖像問(wèn)題。5. 從入門(mén)到進(jìn)階的學(xué)習(xí)路線建議5.1 新手階段應(yīng)該先掌握什么很多剛?cè)胄械呐笥褑?wèn)我機(jī)器視覺(jué)怎么學(xué)我的建議是先把光學(xué)基礎(chǔ)和成像原理搞清楚而不是急著學(xué)算法。因?yàn)樗惴ㄊ墙⒃趫D像質(zhì)量基礎(chǔ)上的圖像質(zhì)量不行再好的算法也是空中樓閣。新手階段建議按這個(gè)順序?qū)W先理解焦距、光圈、景深、視場(chǎng)、工作距離這些基本概念和它們之間的關(guān)系能自己動(dòng)手算一個(gè)簡(jiǎn)單的選型方案。然后學(xué)相機(jī)的基本參數(shù)包括傳感器尺寸、像素、幀率、曝光、增益、接口類型。接著學(xué)打光的基本方法理解不同光源類型和打光角度對(duì)成像的影響。最后再進(jìn)入圖像處理和算法部分。這個(gè)階段最好的學(xué)習(xí)方法就是動(dòng)手。買(mǎi)一個(gè)便宜的小相機(jī)和幾個(gè)不同焦距的鏡頭配合不同的光源實(shí)際拍一拍不同物體觀察參數(shù)變化對(duì)成像的影響。這種直觀的感受比看十本書(shū)都管用。5.2 進(jìn)階階段的能力提升方向有了一定基礎(chǔ)后進(jìn)階方向主要有兩個(gè)一個(gè)是往精密測(cè)量方向深入一個(gè)是往復(fù)雜檢測(cè)和深度學(xué)習(xí)方向深入。精密測(cè)量方向需要深入理解遠(yuǎn)心鏡頭的原理和應(yīng)用、標(biāo)定算法、誤差分析、測(cè)量不確定度評(píng)定。這個(gè)方向?qū)?shù)學(xué)和光學(xué)的要求比較高但也是附加值最高的方向之一。很多高精度的測(cè)量設(shè)備核心壁壘就在光學(xué)系統(tǒng)和標(biāo)定算法上。復(fù)雜檢測(cè)和深度學(xué)習(xí)方向需要理解如何設(shè)計(jì)高質(zhì)量的成像方案來(lái)為算法提供好的輸入。深度學(xué)習(xí)雖然對(duì)圖像質(zhì)量有一定的魯棒性但好的成像方案能大幅降低算法難度和標(biāo)注成本。這個(gè)方向還需要掌握數(shù)據(jù)采集、標(biāo)注、訓(xùn)練、部署的完整流程。兩個(gè)方向并不是互斥的實(shí)際項(xiàng)目中經(jīng)常需要同時(shí)用到。一個(gè)完整的視覺(jué)工程師應(yīng)該既能設(shè)計(jì)光學(xué)方案又能處理圖像和算法。5.3 面試中高頻出現(xiàn)的技術(shù)問(wèn)題機(jī)器視覺(jué)崗位的面試技術(shù)問(wèn)題主要集中在光學(xué)選型和項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)上。我整理了幾個(gè)高頻問(wèn)題準(zhǔn)備面試的朋友可以重點(diǎn)準(zhǔn)備。問(wèn)題一給你一個(gè)檢測(cè)需求你怎么選相機(jī)和鏡頭這個(gè)問(wèn)題的回答要體現(xiàn)系統(tǒng)性的思路先明確檢測(cè)精度和視野算像素精度選相機(jī)再根據(jù)相機(jī)和視野算焦距考慮景深和畸變要求選鏡頭類型最后設(shè)計(jì)打光方案。問(wèn)題二遠(yuǎn)心鏡頭和普通鏡頭有什么區(qū)別什么時(shí)候用遠(yuǎn)心關(guān)鍵點(diǎn)是物方遠(yuǎn)心的主光線平行光軸測(cè)量不受工作距離變化影響適合精密測(cè)量。普通鏡頭有透視誤差適合定位和一般檢測(cè)。問(wèn)題三景深和哪些因素有關(guān)光圈、焦距、工作距離、允許的彌散圓直徑。光圈越小景深越大焦距越短景深越大工作距離越遠(yuǎn)景深越大。問(wèn)題四怎么提高視覺(jué)系統(tǒng)的測(cè)量精度從光學(xué)、機(jī)械、算法三個(gè)層面回答。光學(xué)上用低畸變鏡頭、遠(yuǎn)心鏡頭、高質(zhì)量光源機(jī)械上保證工件定位重復(fù)性和系統(tǒng)剛性算法上做標(biāo)定、畸變校正、亞像素邊緣提取。問(wèn)題五你做過(guò)的最有挑戰(zhàn)的項(xiàng)目是什么這個(gè)要提前準(zhǔn)備一個(gè)完整的項(xiàng)目案例從需求分析、方案設(shè)計(jì)、選型計(jì)算、調(diào)試過(guò)程、遇到的問(wèn)題和解決方法來(lái)完整講述。重點(diǎn)突出你的思考過(guò)程和解決問(wèn)題的能力。5.4 持續(xù)學(xué)習(xí)資源與實(shí)戰(zhàn)積累機(jī)器視覺(jué)是一個(gè)實(shí)踐性極強(qiáng)的領(lǐng)域光看書(shū)是不夠的。我建議的學(xué)習(xí)資源包括鏡頭和相機(jī)廠商的技術(shù)文檔和白皮書(shū)這些通常寫(xiě)得非常專業(yè)且實(shí)用光學(xué)基礎(chǔ)的經(jīng)典教材理解成像原理開(kāi)源視覺(jué)庫(kù)的文檔和示例比如OpenCV以及行業(yè)會(huì)議和展會(huì)能了解最新的技術(shù)和產(chǎn)品。但最重要的還是項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)。每做一個(gè)項(xiàng)目都把選型計(jì)算、調(diào)試過(guò)程、遇到的問(wèn)題和解決方案記錄下來(lái)形成自己的知識(shí)庫(kù)。時(shí)間長(zhǎng)了你會(huì)發(fā)現(xiàn)自己面對(duì)新項(xiàng)目時(shí)能快速判斷出關(guān)鍵點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)這就是經(jīng)驗(yàn)的積累。機(jī)器視覺(jué)這個(gè)領(lǐng)域技術(shù)和產(chǎn)品更新很快但光學(xué)的基本原理是不變的。把光學(xué)基礎(chǔ)打扎實(shí)再跟上新算法和新工具的發(fā)展就能在這個(gè)行業(yè)里走得更穩(wěn)更遠(yuǎn)。工業(yè)鏡頭作為視覺(jué)系統(tǒng)的入口值得每一個(gè)從業(yè)者花時(shí)間去深入理解。