WEETU  WT-TL系列遠(yuǎn)心平行光源
遠(yuǎn)心平行光源在機(jī)器視覺高精度圖像采集中的意義與價(jià)值
 
           隨著機(jī)器視覺技術(shù)的高速發(fā)展，在視覺應(yīng)用中對(duì)圖像的采集速度與采集圖像的質(zhì)量要求越來(lái)越高。采集速度與圖像高質(zhì)量相對(duì)存在的一個(gè)矛盾體。這個(gè)矛盾體的存在是需要我們機(jī)器視覺相關(guān)技術(shù)人員耗費(fèi)大量研發(fā)與精力一起克服突破。
高速圖像采集一定意味著在高速運(yùn)動(dòng)停頓拍攝或者是以飛行連續(xù)拍攝為基礎(chǔ)的圖像采集方式，既然是以運(yùn)動(dòng)中拍攝必定會(huì)對(duì)圖像采集的時(shí)間有所要求，對(duì)于提升產(chǎn)品檢測(cè)效率軟件工程師會(huì)對(duì)以下幾方面硬件做出極致的要求：
1. 相機(jī)的超高幀率：為了追求高速的圖像采集，相機(jī)的采集幀率在100fps左右，相當(dāng)于10ms，這對(duì)圖像的采集及其他相關(guān)硬件是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)
2. 超低的相機(jī)曝光時(shí)間：Exposure曝光，是產(chǎn)生圖像的速度。如果幀頻是1000fps，那么，一幀的時(shí)間就是1ms。如果曝光時(shí)間大于1ms，也就是產(chǎn)生圖像都不到1000fps，后面當(dāng)然就不會(huì)有1000fps的圖像了。一個(gè)100K掃描頻率的線陣sensor，輸出一行就是輸出一幀，也就是幀頻100K fps，每一幀就是10us。可以想象，曝光時(shí)間是不能超過10us，所以這對(duì)相機(jī)的曝光時(shí)間要求就相當(dāng)高。
3. 工控機(jī)的高配置圖像處理：高幀率的圖像采集會(huì)對(duì)工控電腦瞬間的圖像處理以及運(yùn)算反饋要求更高。工控電腦的硬件成本也會(huì)隨著滿足要求進(jìn)行大幅的提升。
4.超高亮頻閃光源：常規(guī)LED光源再飛拍情況下只能通過高壓頻閃方式提升光源瞬間亮度，頻閃原理可以提升2倍左右的亮度值，但是實(shí)際應(yīng)用過程中會(huì)對(duì)相機(jī)抓拍的實(shí)時(shí)性要求比較高，且高亮度閃爍會(huì)對(duì)人眼造成眩暈甚至短暫性失明。
5.鏡頭的大光圈：常規(guī)FA鏡頭光圈值在F1.4-F12,遠(yuǎn)心鏡頭光圈值一般在F5-F8 當(dāng)光圈的F值小的時(shí)候鏡頭的通光量比較大，但相對(duì)應(yīng)的鏡頭的景深會(huì)極具下降。為了滿足景深與通光量的中和參數(shù)，F(xiàn)A鏡頭與遠(yuǎn)心鏡頭最常見使用設(shè)定值在F4-F7。但是在實(shí)際高速拍攝應(yīng)用中通光量往往滿足不了拍攝需求。
6.機(jī)械運(yùn)動(dòng)的高速響應(yīng)：在高速運(yùn)動(dòng)中對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的高速運(yùn)動(dòng)提出了更高要求，更核心的是在高速運(yùn)動(dòng)中還要保證拍攝位置偏移量。現(xiàn)有常規(guī)高速拍攝位置偏移量在0.01-0.05mm（特殊要求除外），這無(wú)疑增加了運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的調(diào)校及增加了硬件成本。
基于以上6種機(jī)器視覺圖像采集中遇到的實(shí)際問題，我們從光學(xué)角度入手對(duì)成像中的鏡頭及光源進(jìn)行了特殊優(yōu)化。根據(jù)幾何光學(xué)原理，無(wú)限遠(yuǎn)處的物體經(jīng)過透鏡后將成像在焦平面上；反之，從透鏡焦平面上發(fā)出的光線經(jīng)透鏡后將成為一束平行光。如果將一個(gè)物體放在透鏡的焦平面上，那么它將成像在無(wú)限遠(yuǎn)處。基于該原理我們推出了超高亮高精度遠(yuǎn)心平行光源。
WT-TL系列遠(yuǎn)心平行光源&普通背光源拍攝原理對(duì)比：

遠(yuǎn)心平行光源配合遠(yuǎn)心鏡頭特別適用于有高度差邊緣有弧角，圓柱形、圓形物體的拍攝。在高精度尺寸測(cè)量應(yīng)用中遠(yuǎn)心鏡頭+遠(yuǎn)心平行光源的配合應(yīng)用在視覺測(cè)量領(lǐng)域有其專屬特征及獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
 
遠(yuǎn)心平行光源如何做到提升光源亮度
1.通過LED發(fā)光原理在其基礎(chǔ)上通過光學(xué)擬合出適合的LED能量收集光路。通過特定的光學(xué)設(shè)計(jì)最大的利用了LED的能量使其散發(fā)出的光線按照設(shè)計(jì)光路投射出平行且均勻的圓形光斑。
2.單顆大功率LED集中發(fā)光使其能量更加聚集，多層背板導(dǎo)熱加環(huán)形散射式散熱設(shè)計(jì)。增加了散熱區(qū)域角度同時(shí)也增加了散熱面積，通過高效的熱量散失設(shè)計(jì)提高了LED的散熱且增加了使用壽命及穩(wěn)定性。
遠(yuǎn)心平行光源高亮度如何定義
機(jī)器視覺中使用了各種形式及顏色的光源，大家對(duì)光源的亮度界定一直是以坎德拉/平方米（cd/㎡）即亮度=光強(qiáng)/面積。光照強(qiáng)度指單位面積上接受光的光通量lux.
以上均為L(zhǎng)ED自身發(fā)射出來(lái)的亮度和強(qiáng)度，然而在實(shí)際機(jī)器視覺應(yīng)用中更應(yīng)該講究的是光照強(qiáng)度利用率（光照強(qiáng)度利用率=鏡頭接收光強(qiáng)/LED發(fā)射光強(qiáng)），所以結(jié)合遠(yuǎn)心鏡頭應(yīng)用中遠(yuǎn)心平行光源發(fā)射平行光源，遠(yuǎn)心鏡頭以平行光源形式接收遠(yuǎn)心平行光源發(fā)射的平行光 所以  遠(yuǎn)心平行光源光照強(qiáng)度利用率=鏡頭接收光強(qiáng)100%  / 發(fā)射光強(qiáng)100%  （因介質(zhì)材料存在急鏡頭匹配實(shí)際問題會(huì)有3%-5%左右的誤差）
遠(yuǎn)心鏡頭+遠(yuǎn)心平行光源再實(shí)際使用中因?yàn)槔寐史浅８?，正常高速拍攝光源亮度僅需開到LED亮度的20%-30%。所以遠(yuǎn)心平行光一般選用單顆高亮單波長(zhǎng)LED，單顆結(jié)構(gòu)更容易保證光源發(fā)光體的穩(wěn)定性及一致性，而且發(fā)熱量更小壽命更長(zhǎng)

遠(yuǎn)心平行光在高精度測(cè)量時(shí)如何提升測(cè)量精度
相對(duì)于普通的背照式光源，遠(yuǎn)心平行光源采用特定單波長(zhǎng)，單波長(zhǎng)受環(huán)境光影響極小可消除由于光源漫反射所造成的產(chǎn)品邊緣呈現(xiàn)漫反射現(xiàn)象，獲得產(chǎn)品邊緣清晰、銳利的圖像，提升了圖像黑白對(duì)比度大大縮減了邊緣過渡像素消除邊界效應(yīng)。
遠(yuǎn)心平行光源高均勻性結(jié)合遠(yuǎn)心鏡頭低畸變成像時(shí)實(shí)現(xiàn)視野范圍內(nèi)亮度及分辨率高度一致，還可以間接提升鏡頭景深。為高精度輪廓尺寸測(cè)量提供了優(yōu)質(zhì)真實(shí)的圖像，從而實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。
WT-TL系列遠(yuǎn)心平行光源&普通背光源拍攝效果對(duì)比：