特種鏡頭在缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用

國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)從無(wú)到有，經(jīng)過(guò)這十多年的發(fā)展，已經(jīng)到了快速發(fā)展的時(shí)期，各個(gè)行業(yè)對(duì)視覺(jué)檢測(cè)提出的要求越來(lái)越高，也有越來(lái)越多的項(xiàng)目是常規(guī)鏡頭無(wú)法解決的，這就需要一些特殊定制的鏡頭來(lái)解決，今天給大家分享我們長(zhǎng)步道特種鏡頭的一些應(yīng)用場(chǎng)景。

或許大家都有遇到過(guò)高度差異比較大的物體的檢測(cè)需求，這里給大家舉一個(gè)案例，在新能源鋰電池行業(yè)卷繞段，在卷繞過(guò)程中，極耳會(huì)逐步疊加，可能會(huì)發(fā)生位置偏移的情況，當(dāng)出現(xiàn)偏移量比較大的時(shí)候，從側(cè)面進(jìn)行極耳翻折的檢測(cè)，極耳的位置不一樣，也就是極耳到檢測(cè)系統(tǒng)的工作距離會(huì)發(fā)生變化，客戶就要求假定最大變化20mm，在20mm的變化范圍內(nèi)檢測(cè)極耳翻折缺陷，然后根據(jù)翻折的程度來(lái)進(jìn)行判定OK NG，這個(gè)項(xiàng)目的難點(diǎn)在于要做到20mm的景深，同時(shí)還要保持倍率一致，無(wú)視差，如果拍攝存在視差，前后位置極耳翻折的大小在圖像上就會(huì)有區(qū)別，無(wú)法滿足拍攝需求。

提到無(wú)視差，大家第一反應(yīng)應(yīng)該是遠(yuǎn)心鏡頭，遠(yuǎn)心鏡頭因?yàn)楠?dú)特的平行光路，能保持圖像放大倍率一致，但遠(yuǎn)心鏡頭也并非十全十美，也不能突破光學(xué)定律，遠(yuǎn)心鏡頭的景深跟放大倍率、光圈還有NA值有關(guān)，我們可以看到，列表中就算景深最大的0.1x的遠(yuǎn)心鏡頭，也只能做到9.3mm， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到項(xiàng)目要求；

而能夠提升景深效果的鏡頭，我們可以想到沙姆鏡頭，沙姆鏡頭通過(guò)調(diào)整鏡頭和芯片間的沙姆角，以及配合合適的拍攝角度，能夠?qū)⑵胀ㄧR頭的景深效果提升1/3甚至更高，但是普通的沙姆鏡頭存在視差，無(wú)法保證倍率一致。那么將兩者結(jié)合起來(lái)是不是就可以了呢？將遠(yuǎn)心鏡頭做成沙姆結(jié)構(gòu)，在保持遠(yuǎn)心光路的基礎(chǔ)上還能增加景深，但我們對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用空間和使用的鏡頭倍率進(jìn)行光學(xué)模擬，發(fā)現(xiàn)景深還是無(wú)法達(dá)到要求。

綜合以上來(lái)看，遠(yuǎn)心鏡頭能保持倍率一致，但是景深不夠，沙姆鏡頭在特定情況下才能滿足景深要求，而且會(huì)存在視差，目前市面上也有能滿足這兩個(gè)要求的方案 液態(tài)鏡頭，通過(guò)改變液態(tài)鏡片的曲率，來(lái)實(shí)現(xiàn)不同工作距離下的對(duì)焦，同時(shí)也能保持倍率一致，但目前液態(tài)鏡頭的價(jià)格比較高，成本上不占優(yōu)勢(shì)。

基于以上市場(chǎng)現(xiàn)狀，長(zhǎng)步道設(shè)計(jì)了一款既能保證景深，又能保證倍率的價(jià)格更低成本更有優(yōu)勢(shì)的特種鏡頭 超景深電動(dòng)對(duì)焦遠(yuǎn)心鏡頭，這款鏡頭內(nèi)部集成了超聲波馬達(dá)，通過(guò)控制馬達(dá)能做到在鏡頭位置不變的情況下，物體工作距離變化22mm都能對(duì)焦清晰，也就是能做到景深22mm，而這款鏡頭是在雙遠(yuǎn)心鏡頭的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)電動(dòng)對(duì)焦，因此能保證在景深22mm的變化范圍內(nèi)，保持放大倍率不變，可以進(jìn)行精密的尺寸測(cè)量，而鏡頭使用的超聲波馬達(dá)對(duì)比普通的步進(jìn)馬達(dá)的優(yōu)勢(shì)在于，精度更高，馬達(dá)本身能做到的最小精度是0.03°，對(duì)應(yīng)到鏡頭上的調(diào)焦角度甚至能做到0.001°，再細(xì)微的變化都能及時(shí)捕抓，超聲波馬達(dá)轉(zhuǎn)速更快，最快每鐘能轉(zhuǎn)400轉(zhuǎn)，對(duì)應(yīng)到鏡頭上就是最快1.5秒內(nèi)就能實(shí)現(xiàn)22mm的景深變化，而且超聲波點(diǎn)電機(jī)不會(huì)發(fā)生堵轉(zhuǎn)燒電機(jī)的問(wèn)題，響應(yīng)速度快，響應(yīng)時(shí)間小于1ms，控制接口為通用的RS232接口，鏡頭光圈F5.6-F22可調(diào)節(jié)，能做到跟液態(tài)鏡頭一樣的事情，價(jià)格卻比液態(tài)鏡頭低將近小一半，在成本更有優(yōu)勢(shì)。除了能應(yīng)用在上述鋰電卷繞段極耳翻折檢測(cè)外，這款鏡頭還能應(yīng)用在高度差異大的物體對(duì)焦與精準(zhǔn)測(cè)量，以及斜面物體通過(guò)多次拍照進(jìn)行圖片合成實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)量。就是即需要用到遠(yuǎn)心鏡頭，又需要超大景深或者多次對(duì)焦的項(xiàng)目都可以使用這款鏡頭測(cè)試。

我們還將電動(dòng)對(duì)焦模組應(yīng)用在了適用范圍更廣的常規(guī)FA鏡頭，將原本手動(dòng)對(duì)焦的操作交給機(jī)器，可以應(yīng)用在一些極端環(huán)境人為不方便進(jìn)行對(duì)焦的時(shí)候，比如安裝距離比較高，高溫、噪音、粉塵等環(huán)境下，每次對(duì)焦都需要爬上爬下，這時(shí)候就可以使用電動(dòng)對(duì)焦鏡頭，通過(guò)電腦控制鏡頭對(duì)焦；還有一些不規(guī)則物體的測(cè)量，可以做到一個(gè)工位多次對(duì)焦檢測(cè)，節(jié)省工位，簡(jiǎn)化視覺(jué)系統(tǒng)。

說(shuō)到簡(jiǎn)化視覺(jué)系統(tǒng)，對(duì)我們長(zhǎng)步道了解的同行可能對(duì)我們這款產(chǎn)品有一定的了解，檢測(cè)一些小物件的外側(cè)缺陷的時(shí)候，傳統(tǒng)方案是使用多組鏡頭多組相機(jī)分角度拍攝，而這款360°外壁檢測(cè)鏡頭可以使用一顆鏡頭一顆相機(jī)，從物體上面拍攝，將物體環(huán)外側(cè)信息通過(guò)折反射的原理，在一張圖片上成圓冠狀成像，簡(jiǎn)化視覺(jué)系統(tǒng)，適用于瓶蓋、螺絲等小物件的缺陷外觀檢測(cè)，因?yàn)榛冚^大，不適合進(jìn)行尺寸測(cè)量。

相對(duì)應(yīng)的也有檢測(cè)物體內(nèi)壁信息的360°內(nèi)壁鏡頭，左邊的適用于管道類需要伸進(jìn)去拍攝的內(nèi)壁檢測(cè)，就是工業(yè)上的針孔鏡頭，能清晰地檢測(cè)隱藏在內(nèi)部的特征和缺陷，右邊的鏡頭是在物體上方拍攝，特殊的光學(xué)結(jié)構(gòu)使其擁有大視角和大景深，能將內(nèi)壁信息展開(kāi)，進(jìn)行內(nèi)壁拍攝適用于檢測(cè)圓柱、孔洞、瓶子和螺紋等物體。

上述外壁鏡頭也存在局限性，只適合檢測(cè)外徑30mm以下小尺寸物體，因此長(zhǎng)步道推出了八棱鏡鏡頭，將物體通過(guò)八個(gè)角度進(jìn)行拍攝，檢測(cè)范圍是5mm-70mm。 前端是大視野遠(yuǎn)心鏡頭，通過(guò)特殊的折反射光路，能分別檢測(cè)物體外壁和內(nèi)壁，當(dāng)尺寸和高度合適的時(shí)候，能夠同時(shí)檢測(cè)物體內(nèi)外壁，更大程度的簡(jiǎn)化系統(tǒng)，節(jié)約成本。像這種高度的酒瓶蓋，常規(guī)360°外壁鏡頭至少需要分開(kāi)拍攝兩次，上面一次，下面一次，而八棱鏡鏡頭能夠一次拍攝完全，而且像這些緊固件內(nèi)壁信息在合適的情況下也能拍攝出來(lái)，這就是八棱鏡鏡頭的優(yōu)勢(shì)，但因?yàn)榉殖砂藗€(gè)面，所以不能做到傳統(tǒng)360°鏡頭的圖片拉伸合成。

機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)呈現(xiàn)高分辨率、高光譜成像趨勢(shì)，近年sony推出了工作波長(zhǎng)覆蓋可見(jiàn)光+近紅外（400-1700nm）的芯片，督促著我們鏡頭也往更高端的領(lǐng)域前進(jìn)，因?yàn)槠胀ǖ溺R頭無(wú)法發(fā)揮出這種高端芯片的性能。為什么不適配呢？

首先是普通鏡頭鍍膜要么是可見(jiàn)光波段要么是紅外光波段，不能兼顧400-1700nm這么長(zhǎng)波段，除了鏡片鍍膜外，還有一個(gè)原因是普通鏡頭存在焦點(diǎn)偏移，不同波長(zhǎng)光線的折射率不一樣，在可見(jiàn)光下對(duì)焦清晰，切換成紅外光下就會(huì)模糊，如果不進(jìn)行校正，無(wú)法共焦，就不能做到高光譜成像。那我們常見(jiàn)的安防監(jiān)控鏡頭是怎么做到白天可見(jiàn)光成像，晚上紅外補(bǔ)光，紅外光成像，且不需要重新對(duì)焦，秘密就在于鏡頭上加入ICR切換器 ；

ICR內(nèi)裝有不同厚度的可見(jiàn)光截止濾光片和紅外截止濾光片，通過(guò)不同厚度濾光片進(jìn)行光路細(xì)微調(diào)節(jié)，可見(jiàn)光下使用一種厚度濾光片，紅外光切換另一種厚度濾光片，實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光和近紅外雙光譜共焦的功能。 我們針對(duì)IMX990/991推出了高光譜鏡,通過(guò)使用超低色散玻璃，在超寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，完全校正了焦點(diǎn)偏移，實(shí)現(xiàn)高光譜共焦。這一系列推出12-35mm 4款鏡頭。

產(chǎn)品特點(diǎn)：1.專為SWIR芯片IMX990/IMX991設(shè)計(jì)

2.使用超低色散玻璃，在超寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，完全校正了焦點(diǎn)偏移

3.廣泛應(yīng)用于工業(yè)分選、色差檢測(cè)、食品檢測(cè)、醫(yī)學(xué)制藥等領(lǐng)域

主要應(yīng)用領(lǐng)域在糧食異物檢測(cè)、食品包裝檢測(cè)，以及半導(dǎo)體硅片檢測(cè)等外部缺陷及內(nèi)部缺陷檢測(cè)，還有食品材料、塑料、藥品等材料分選。

審核編輯黃宇