机器视觉的应用很广泛，本文主要通过作者的一些项目经验，分享一些心得体会。
理论上来讲：尺寸测量项目首先有个检测精度的概念，检测精度要小于图纸上面的公差，起码检测精度要在公差的1/3。
检测精度影响到相机和镜头的选型，一般镜头都会有个参数，很重要的一个参数是畸变，这个畸变造成的尺寸误差要小于检测精度的1/10,否则像素再高，也不行。另外畸变率参数一般是大的畸变造成的影响，相机成像的时候在ccd芯片的位置不同，畸变也不同。越靠近ccd中心的地方，畸变越小。2/3的ccd畸变要大于1/2的ccd。
选择好畸变满足要求的镜头之后，要选择合适像素的相机，像素的选择和成像质量的效果关系很大，边缘越好，检测的值越准确。视野也很重要，我们一般都知道考虑视野，因为这个道理很简单，视野越大，同一个相机的检测精度就越小。那么一般怎么来选择相机呢。

视觉点胶机系统相机的选择，视觉点胶机系统相机选择主要是选择相机的像素，下面举个例子来说明怎么选择。
考虑到亚像素的概念，1个像素理论上可以分成100个左右的距离，我们为了测量的准确，就按照一个像素分10个距离来计算。
测量10mm*7.5mm的视野，要求检测精度0.01，选择相机。
10/0.01=1000
1000/10=100
理论上100*7.5的相机就能满足要求。满足这个要求的相机是640*480的相机，然后我们开始测试尺寸测量的重复精度，重复精度要能够满足检测精度的1/10才行。

另外镜头的畸变，机械的振动，边缘的模糊都会对测量造成影响，
因此高精度检测的时候，尽量保持机械的稳定性，要在静止的情况下检测。
这个只是尺寸测量的非常小的一个点，更多的细节，大家可以发表自己的看法。

还有一个很实际的情况是，客户要求的检测精度有很多时候是一个要求，实际现场并用不了这个高的精度，这个就要对客户的现场和客户的实际需求有更深的了解。

视觉点胶机系统镜头专业术语详解

机器视觉系统中，工业镜头相当于人的眼睛，其主要作用是将目标的光学图像聚焦在图像传感器（相机）的光敏面阵上。视觉系统处理的所有图像信息均通过工业镜头得到，工业镜头的质量直接影响到视觉系统的整体性能。下面对机器视觉工业镜头的相关专业术语做以详解。

　

　　指主光线平行于工业镜头光学轴的光学系统。而光从物体朝向镜头发出，与光学轴保持平行，甚至在轴外同样如此，则称为物体侧远心光学系统。

　

主光线与镜头光轴有角度，因此工件上下移动时，像的大小有变化。

　

主物方，像方均为主光线与光轴平行
光圈可变，可以得到高的景深，比物方远心境头更能得到稳定的像
适合于测量用图像处理光学系统，但是大型化成本高

　　　　　　　物方远心境头

　

只是物方主光线与镜头主轴平行

工件上下变化，图像的大小基本不会变化
使用同轴落射照明时的必要条件，小型化亦可对应

　

只是像方主光线与镜头光轴平行
　　相机侧即使有安装个体差，也可以吸收摄影倍率的变化
　　用于色偏移补偿，摄像机本应都采用这种镜头

　

优点：更小的尺寸。减少镜头数量，可降低成本。

缺点：上下移动物体表面时，会改变物体尺寸或位置。

　

优点：上下移动物体表面时，不会改变物体尺寸或位置。使用同轴照明时。可使用更小的尺寸
缺点：未使用同轴照明时，大于标准镜头的尺寸

　

　

　　OI指物体到结像平面的距离。

十六、焦距f（mm）后焦距/前焦距

　　焦距为光学系统的主光点到焦点的距离。从后面一片镜头的顶点到后焦点的距离，为后焦距。镜头的顶点到前焦点的距离，为前焦距。

名称	标准外径	螺丝螺纹数(25.4mm用)	后截距
U1	25.4000mm	32Threads	17.526mm

物体尺寸与影像尺寸的比例。
β	=y'／y
	=b／a
	=NA／NA'
	=CCD镜头元件尺寸／视野实际尺寸

　

近年来利用影像量测物品尺寸已经成为行业发展的趋势。由于相机，影像软件及照明组件等设备的进步，让影像量测物品尺寸的准确度能媲美或更胜于手动或雷射光的量测。
　　整合光学系统工程的应用，我们可发现光学产品的优劣决定了系统的品质，而远心镜头能执行各种形式的光学量测。
　　软件工程需要具高分辨率、高对比性和低几何变形特性的拍摄影像来判断出准确的量测数据。
　　除了光学设备本身的要求，视角的选择也具相当的重要性，在不适当的观测点下量测物体，会造成物体拍摄影像的扭曲。
　　除了影像处理过程中会造成的干扰，系统设计者也同时将光学配备本身会影响光学量测准确性的几个限制纳入考虑：
　　　　1．由于物体摆放位置而造成的不正常放大
　　　　2．影像的变形
　　　　3．视角选择而造成的误差
　　　　4．低影像分辨率
　　　　5．不适当光源干扰下造成边界的不确定性
　　远心镜头能有效降低甚至消除以上的问题，因此远心镜头也成为准确光学量测系统决定性的因素。

图一：不同镜头的光学原理

　　接下来我们简要的介绍远心镜头是如何有效降低噪声及变形等问题。
一、放大倍率的一致性
　　光学量测系统通常会自物体正上方拍摄(不纪录物体侧面)以测量其直径或直线距离。由于许多机械零组件无法准确定位或具有高度差或厚度等问题，工程师需要可靠光学量测系统来判定影像与物体的实际间距。

　

　　左上图为利用远心镜头拍摄圆柱形零件上的齿条；左下图为利用普通镜头拍摄同样对象的影像；右上图为两个同样对象置于相距100 mm下利用远心镜头拍的影像；右下图为同样情形下利用普通镜头捕捉的影像。

左图：在一般标准镜头下，物体的影像大小会因为与镜头的距离(标记为“s”)不同而改变。同样的，不同大小的对象可能会受距离的影响而看起来相同。 　　反观远心镜头能容许一定程度的距离改变，在＂限定景深＂或＂远心度区间＂内，影像不会因物体与镜头间距离的改变而放大或缩小。

　　此特性是由于在光学系统中，只有与光轴平行的光束会被接收，因此远心镜头必须大于或等于被摄物体的直径。
　　“Telecentric”这个单字是来自于希腊前缀”tele-”(遥远)以及字根”center”(中心，在此代表着光学系统的轴心)，代表此光学系统的入射光线在通过远心镜头时是与镜头的中央轴心平行，而成像点会在远心镜头的焦点平面上。

左图：在远心系统内，唯有与轴心平行或接近平行的光束会被接受。

　　在此我们举个简单的例子来说明两种光学系统的差异性。
　　首先我们使用一个焦距为12毫米的标准镜头　(f = 12 mm)　及以1/3吋的侦测器为接口来测定放置于200毫米　(s = 200 mm)　外的20毫米　(H = 20 mm)　对象。当对象位移1毫米　(ds = 1mm)时，其成像大小将会有约略0.1毫米的差异(如以下公式)。
　　dH = (ds/s) x H = (1/200)x 20 mm = 0,1 mm
　　在telecentric光学系统下，成像的大小的变化取决于” telecentric　曲线”，一个高品质远心镜头的曲线角度(theta)能趋近于0.1°(0,0017 rad)，代表当物体同样移动1毫米　(ds = 1mm)　时，其成像将只会有0.0017毫米的改变。
　　dH = ds x theta= 1 x 0,0017 mm = 0,0017 mm
　　因此相较于标准镜头，远心镜头能将放大倍率的误差缩小至1/10或甚至1/100。

　

上图：远心曲线决定了物体被移动时成像改变的倍率。

　　　“Telecentric range”或是” telecentric depth”代表在维持放大倍率下能摆设物体的范围。然而当物体不在telecentric range中并不代表镜头功能就不具远心的特性，影像的变异程度主要是由镜头的”远心曲线” (由前文的” theta”所定出来的)　或　”远心度”所决定，这个曲线决定了物体在移动时造成的影像误差大小，然而当主要入射光束与光轴”平行”时，成像的大小就不会因物体置放的距离而影响。由于远心镜头必须接收与光轴平行的入射光源，远心镜头的尺寸必须比拍摄物体还大，因此远心镜头会比一般镜头大且厚重，成本也比一般镜头高。
二、低失真度　(Distortion)
　　影像的变形是限制光学量测准确性的重要因素之一，再好的镜头都还是无法避免。然而有时候一或数个像素的错误可能具决定性的影响。　失真度也可以说是影像与实际画面的差异度。失真度是利用影像点与影像中心位置的距离和在标准影像(未失真影像)的实际距离之间的差异来计算。举例来说，一个与画面中心距离200像素的标的在影像画面中只有和中心点间隔198个像素，其失真度则为：
distortion = (198-200)/200 = -2/200 = 1%

	正向放射性失真　(Positive radial distortion)　也被称为　“pincushion”　性失真，负向放射性失真　(negative radial distortion)　可被另称为　“barrel” distortion。此类的变形和影像中心的距离大小有关联性。
“pincushion” type distortion “barrel” type distortion

　　影像的失真可被视作真实画面经过二维几何性变形的结果，由于通常不是线性改变而是二或三度的多项式的变形，影像会被些许的拉扯及扭曲。
　　一般的镜头具有数度或数十度的失真度，不过由于大部分的影像镜头是用在一般监测系统或普通摄影中，些许的影像失真是能被容许的，但此瑕疵让准确影像测量变的困难。
　　高品质的远心镜头只具有低于0.1%失真度的特性，虽然这个数次听起来很小，但在高分辨率的摄影机下仍能造成将近一个像素的误差。因此许多失真的影像会利用软件做校正：将校正用图样(此图样的准确度必须比)置于镜头下方拍摄，之后利用软件计算影像校正公式，将失真影像做校正。由于影像的失真程度与物体和镜头的距离有非常高的关联性，因此必须格外留意物体在被摄影时与镜头的距离。
　　除了与远心镜头的距离以外，物体和远心镜头之间必须尽量保持垂直以避免” non-axially symmetric distortion effects”，所谓的梯形性失真(或称” Keystone” or thin prism effect”)　是另一个影像测量系统中必须克服的问题，如果拍摄物体没有被放置于中心点，此类的影像通常据非对称性也很难利用软件校正。

左图：为一张使用远心镜头所拍摄的不失真影像；中图为同一个画面但具放射性变形的影像；右图为同一个画面但具有梯形性失真的影像。

三、视角误差
　　使用一般光学镜头拍摄非平面物体时，物体的大小会因为距离而改变。因此拍摄管柱形物体时，管柱顶端与底端会成被拍摄成像为同心圆而非同样的双圆。而在远心镜头下，圆柱底端则会与柱顶的圆完全重叠。

左图：为一般镜头下常见的视角误差。右图由远心镜头所拍摄的影像能不会出现此问题。

　　这个现象是因为光束路径的特殊性而造成的，在一般光学镜头下，没有与光轴平行的纵向光束会在感光源件上投射成平行距离，然而只些接收平行光束的远心镜头则不会有同样的问题。
　　一般镜头通常会将3D物体的立体影像(包括空间距离)转换成2D影像，而远心镜头只会纪录2D平面影像而不受物体的立体距离影响，这个特性在影像量测系统中具有较大的优势。

一般镜头会将光束(镜头左边)的纵向距离投射成平行影像，而远心镜头不会有这种情形

四、高影像分辨率
　　影像的分辨率是利用CTF(contrast transfer function)将影像的对比清晰度量化。

使用不同分辨率镜头拍摄USAF test pattern的结果：左图高分辨率影像，右图低分辨率影像。

　　很多影像系统是利用多个低画素相机搭配低分辨率的便宜镜头，因而只得到非常模糊的影像。而远心镜头的高分辨率让它能搭配低像素高分辨率的相机而依然得到良好的影像品质。
五、锐利的边缘影像
　　影像拍摄时，背景光线常常会让物体的轮廓变的难以界定(border effects)，主要是因为背景的强光会与物体边缘的阴影重叠，除此之外，当光线自不同角度投射于物体上时，某些光源被物体反射后仍然被镜头所接收(如下图十一所示)，这种光线常常会被误判来自物体背后，造成边缘判定上的误差，因此当物体具有高度立体特性时容易会出现误差。

　

在一般镜头下常见的Border effects能在远心镜头下有明显的改善

　　这个问题在远心镜头下能被明显的改善，当光圈缩的够小时，只有与光轴平行的光束能通过镜头，因此被物体反射的光线就不会被接收，影像的准确性也就能明显提升。
　　如果想要更进一步的提升影像的品质，可利用collimated (或称　“telecentric”)　照明设备搭配远心镜头，在这种配备能让相机与光源互相配合，让所有自collimated光源发出的光都能是被镜头所接收的平行光束，让噪声与曝光时间都能大幅的降低。除此之外，边缘定位的问题也因光源的控制而有明显的改善。

　

Collimated (telecentric)光源设备只提供与光轴接近平行的光束。

视觉点胶机系统镜头结构原理及选择方法简介　

一个典型的机器视觉系统包括工业相机、工业镜头、视觉光源、图像采集卡等组件，镜头在系统中有着非常重要的地位。下面简要介绍一下镜头的结构、选择方法及相关参数间的关系，可以帮助用户了解镜头的基本性能，以便在现场应用中获取产品性能。
1、镜头结构　
工业相机镜头由多个透镜、可变(亮度)光圈和对焦环组成。如下图所示，在使用时由操作者观察相机显示屏来调整可变光圈和焦点，以确保图像的明亮程度及清晰度(有些镜头有固定调节系统)。

在选择镜头时需要考虑多个方面的因素，如视场、焦距(从镜片中心到底片或CCD等成像平面的距离)、焦点及失真等。在实际应用中“选择与视场相符的透镜”及“以大景深聚焦图像”是选择镜头时非常重要的两个方面。
2、镜头的焦距和视场　
焦距是透镜的规格之一。一般适合工厂自动化的透镜的焦距为8mm/16mm/25mm/50mm。 通过目标物所需视场及透镜的焦距，可确定工作距离(WD)。

工作距离和视场大小由焦距和CCD大小来决定。在不使用近摄环的情况下，可套用以下比例表达式获得：
工作距离：视角　=　焦距：CCD大小　
例1:　假设焦距为16mm，CCD镜头大小为3.6mm，则工作距离应为200mm，这样才能使视场等于45mm。如下图所示：

3、镜头的景深和光圈　
镜头对着某一物体聚焦清晰时，在镜头中心所对的位置垂直镜头轴线的同一平面的点都可以在胶片或者接收器上相当清晰的结像，在这个平面沿着镜头轴线的前面和后面一定范围的点也可以结成眼睛可以接受的较清晰的像点，把这个平面的前面和后面的所有景物的距离叫做景深。要获得清晰的图像通常在透镜可聚焦物体的范围内变动，以大景深聚焦图像。焦距越短，景深越大；镜头离物体的距离越远，景深越大；近摄环和微距镜使景深变小；光圈越小，景深越大，小光圈和良好的光线使聚焦更简单。
如下图所示：相机已安装在如图所示的位置，斜面上放有表示高度的卷尺，在该情况下拍摄照片以比较光圈。

本文相关词条解释

• 镜头

  镜头在影视中有两指，一指电影摄影机、放映机用以生成影像的光学部件，由多片透镜组成。各种不同的镜头，各有不同的造型特点，它们在摄影造型上的应用，构成光学表现手段；二指从开机到关机所拍摄下来的一段连续的画面，或两个剪接点之间的片段，也叫一个镱头。一指和二指，是两个完全不同的概念，为了区别两者的不同，常把一指称光学镜头，把二指称镜头画面。

• 影像

  词目：影像拼音：yǐngxiàng基本解释1.[portray;a portrait of the deceased]∶画像;遗像悬挂影像2.[silhouette]∶影子,身影墙上有个人的影像3.[image;shadow]∶形象。指人的音容笑貌心中的影像影像是人对视觉感知的物质再现。影像可以由光学设备获取，如照相机、镜子、望远镜及显微镜等；也可以人为创作，如手工绘画图像等。图像可以记录、保存在纸质媒介、胶片等等对光信号敏感的介质上。随着数字采集技术和信号处理理论的发展，越来越多的图像以数字形式存储。因而，有些情况下“图像”一词实际上是指数字图像。与图像相关的话题包括图像采集、图像制作、图像分析和图像处理等。图像分为静态图像，如图片、照片等，和动态图像，如影片等两种。

• 远心

  yuǎn xīn ㄧㄨㄢˇ ㄒㄧㄣ远心（远心）深远的心机。 晋夏侯湛《东方朔画赞》：“远心旷度，赡智宏材。”《三国志·魏志·傅嘏传》“ 傅嘏 字兰石” 南朝 宋裴松之注：“ 嘏 友人荀粲，有清识远心，然犹怪之。” 唐杨炯《从弟去溢墓志铭》：“玉振金声，笔有馀力，远心天授，高兴生知。” 明 许三阶 《节侠记·侠晤》：“看他远心旷度，翩翩豪举，刘生一腔热血，今番有用处了。”离散之心。《国语·楚语上》：“若敛民利以成其私欲，使民蒿焉忘其安乐，而有远心，其为恶也甚矣。”韦昭注：“远心，叛离。”