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精度測量取決于分辨率

在機(jī)器視覺測量中，提供高精度和低不確定度的決定性因素是獲取圖像的分辨率。在這種情況下，分辨率 （或圖像分辨率）意味著以實(shí)際單位的單個(gè)像素的大小。簡而言之，如果一個(gè)攝像機(jī)傳感器在水平方向上包含1000個(gè)像素，并且采用光學(xué)器件來獲取覆蓋真實(shí)世界場景中1英寸寬的區(qū)域的圖像，則單個(gè)像素將代表0.001"。請(qǐng)注意，這是相機(jī)制造商或分析軟件不會(huì)改變的基本指標(biāo)。

一個(gè)特定的應(yīng)用程序有多少像素就足夠了？

作為一種衡量標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)器視覺系統(tǒng)中*小的測量單位（稍后提到的一些例外情況）就是單個(gè)像素。與任何測量系統(tǒng)一樣，為了進(jìn)行可重復(fù)和可靠的測量，必須使用*小測量單位（作為一般經(jīng)驗(yàn)法則）為所需測量公差帶的十分之一的測量儀。在剛描述的例子中，可以估計(jì)系統(tǒng)提供大約+/- 0.005"的**度測量（0.01"的公差帶，十倍儀表單位）。

工程師首先使用機(jī)器視覺進(jìn)行測量，往往嚴(yán)重低估了達(dá)到理想水平的測量精度不確定性所需的像素?cái)?shù)量。事實(shí)上，它可能需要多臺(tái)攝像機(jī)，專業(yè)攝像機(jī)（如線掃描成像儀）或單個(gè)部件的多個(gè)視圖來達(dá)到檢測容差所需的分辨率。

如果需要，展開解決方案

有時(shí)候，我們可以用數(shù)學(xué)方法在成像系統(tǒng)中擠出額外的分辨率，使用算法來報(bào)告亞像素重復(fù)性的特征。一些例子是灰度邊緣分析，幾何或相關(guān)搜索，圓形或線條擬合等回歸，以及某些情況下的連通性。如果可以通過使用這些工具來考慮子像素結(jié)果，則如前所述，*小的測量單位可以小于單個(gè)像素。請(qǐng)注意，由供應(yīng)商提供的子像素能力估計(jì)值只是這個(gè)估計(jì)值，通常用于*好的成像，光學(xué)和部件表示。請(qǐng)謹(jǐn)慎使用任意子像素期望值作為系統(tǒng)測量功能的決定性因素。用實(shí)際零件和圖像測試系統(tǒng)，以經(jīng)驗(yàn)確定子像素的能力。

使用高分辨率光學(xué)元件

成像是光學(xué)和照明的功能。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，所使用的**光學(xué)器件將是透鏡組件，但是選擇該透鏡對(duì)于度量應(yīng)用是至關(guān)重要的。除了向傳感器提供適當(dāng)?shù)恼鎸?shí)世界尺寸的圖像之外，為了計(jì)量，鏡頭必須盡可能**地再現(xiàn)圖像而不失真。此外，鏡頭也具有分辨率度量標(biāo)準(zhǔn)，其通常被為每mm或者每英寸的線對(duì)（lp / mm，lp / in），并且通過擴(kuò)展可以具有用于MTF（調(diào)制轉(zhuǎn)換函數(shù)）的規(guī)格或者更簡單地具有能力在高lp / mm的情況下產(chǎn)生高對(duì)比度的鏡頭。像素?cái)?shù)越高，這些鏡頭指標(biāo)越重要。確保的光學(xué)元件是為機(jī)器視覺應(yīng)用設(shè)計(jì)的高質(zhì)量，高分辨率產(chǎn)品。

遠(yuǎn)心鏡頭在許多情況下對(duì)測量應(yīng)用非常有用。遠(yuǎn)心鏡頭使用光學(xué)組合來實(shí)際消除由圖像中的視差引起的所有失真。其結(jié)果是幾乎所有圖像都與傳感器平行的圖像。平面幾何關(guān)系（在圖像平面中）保留，使測量更加直接和直接。一如既往，在規(guī)范之前測試成像。

對(duì)于需要非常小視場（例如小于幾毫米）的應(yīng)用，請(qǐng)考慮使用專門為機(jī)器視覺制造的顯微鏡光學(xué)元件和/或高倍率光學(xué)元件。這些可從許多供應(yīng)商處獲得。不建議使用擴(kuò)展器或附加放大倍率將標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)元件推至更高倍率。

關(guān)于照明和部件特征以及展示的以下想法。

選擇正確的照明

在計(jì)量學(xué)中，照明的選擇可能起關(guān)鍵作用。不幸的是，沒有具體的規(guī)則可以應(yīng)用于照明。盡管在生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化背光的物理實(shí)現(xiàn)可能是一個(gè)挑戰(zhàn)，但許多計(jì)量應(yīng)用都受益于背光照明。正面照明可能會(huì)突出顯示必須標(biāo)識(shí)以進(jìn)行測量的特征邊緣。考慮使用低角度或結(jié)構(gòu)化的照明來突出低對(duì)比度的特點(diǎn)。當(dāng)試圖測量非常小的特征（例如分辨率低于0.001mm）時(shí)，可以使用長波長的顏色，例如藍(lán)色或紫色來提高對(duì)比度。如果零件處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（即使不是），請(qǐng)考慮使LED照明器頻閃以獲得*佳強(qiáng)度和燈泡壽命。

在所有情況下，成功的機(jī)器視覺照明都需要在實(shí)驗(yàn)室和地板上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以確保選擇正確的組件。

注意零件特征

給定特定照明技術(shù)的照相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)可見的特征通常不具有用于機(jī)器視覺工具的相同特征，可以在零件印刷上或使用手動(dòng)測量儀來測量。例如，測量直徑較小但相當(dāng)深的通孔的直徑-高精度和低不確定性。如果使用前部照明，則只會(huì)測量孔的頂部邊緣。如果期望的檢查是模仿插入量規(guī)，這可能是不可接受的。另一方面，如果使用背光，由于孔的深度，光學(xué)器件不可能“平均"圖像中的整個(gè)孔。更有可能的是，光學(xué)器件將集中在鉆孔頂部，底部，中部的某一深度處，并且這個(gè)結(jié)果可能不是所期望的。仔細(xì)選擇照明，光學(xué)和算法，以確保測量商定的表面。了解在許多情況下，出于上述原因，在線非接觸機(jī)器視覺測量不會(huì)重復(fù)物理測量設(shè)備。

進(jìn)行**測量

被檢測的部件必須重復(fù)呈現(xiàn)。在離線設(shè)置中，成像，光學(xué)，分辨率和算法可能都是**的，但是您發(fā)現(xiàn)在線測量的可重復(fù)性和可靠性很差。通常情況下，部分呈現(xiàn)不一致。有時(shí)候，部分演示甚至可能無法實(shí)現(xiàn)某種度量。以例如前面描述的小而深的鉆孔為例。當(dāng)該孔的表面垂直于透鏡時(shí)，圖像直接從孔的深處取下，可以成功測量。但是，如果零件稍微傾斜，那么這樣的孔可以明顯地變成橢圓形，或者如果是背光，則會(huì)被遮蔽。對(duì)于非接觸式測量的成像，首先必須減輕所有可能的零件表示變化，然后理解在任何情況下，零件表示都將對(duì)測量中的一些疊加誤差負(fù)責(zé)。在確定和分辨率，光學(xué)和照明時(shí)考慮到這一點(diǎn)。