機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中的重要配件--棱鏡

在一套機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中，人們一直比較注中工業(yè)相機(jī)、工業(yè)鏡頭及光源等重要的視覺(jué)器件，而小配件通常被忽視，雖然只是配角，但是卻起著重要作用。

在構(gòu)建視覺(jué)系統(tǒng)當(dāng)中，遇到某個(gè)方向空間不足時(shí)，會(huì)想到加一個(gè)轉(zhuǎn)角棱鏡。實(shí)際上，90°轉(zhuǎn)角反射棱鏡大概是最簡(jiǎn)單的棱鏡類(lèi)型了，棱鏡能在很多場(chǎng)合下使用，但在使用時(shí)我們也要注意幾個(gè)小問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)一次反射后，成像方向相反，也就是和我們平常照鏡子一樣，左手變右手，我們也要注意對(duì)象物的成像和移動(dòng)方向都是相反的。如果需要成相同方向的像，則可以使用五棱鏡（讓它反射兩次）：

如果反射棱鏡轉(zhuǎn)了一個(gè)角度α，物體入射方向不變，那么反射光的方向比原來(lái)變化了2α的角度，也就是會(huì)有個(gè)角度放大的作用。 不知道大家是否還記得我們?cè)诔踔袝r(shí)學(xué)過(guò)的反射的光路圖，如下：

比較重要的一點(diǎn)，成像經(jīng)過(guò)反射鏡后，可能分辨率會(huì)降低，這將取決于反射鏡面的表面精度！

我們平時(shí)會(huì)看到不同的表面精度的鏡面，如1/2λ, 1/4λ, 1/10λ等等，表面精度也描述了該鏡面同一個(gè)理想平面之間的偏差（也就是說(shuō)“究竟有多么平”）。通常這個(gè)不平整度都是非常小，以幾分之波長(zhǎng)為單位來(lái)表示，數(shù)值越小，表面精度越高，對(duì)于成像清晰度的影響也就越小。

通常對(duì)于一些高倍的高分辨鏡頭，我們至少需要1/8λ級(jí)別甚至更高精度的反射鏡，這也是為什么，在搭配MML-HR系列高清遠(yuǎn)心鏡頭時(shí)，我們更推薦MML-PL25HR系列的棱鏡：MML-PL25，表面精度1/4λ；MML-PL25HR，表面精度1/10λ。

我們來(lái)了解一下原理。實(shí)際在物理光學(xué)中，成像的本質(zhì)是將一個(gè)理想的球面波從物方傳遞到像面，而像差的存在，使得傳遞到像面的球面波不再完美，這個(gè)不完美的程度我們叫“波前誤差”，也是用幾分之波長(zhǎng)來(lái)表示。從這兒不難理解，如果本身一個(gè)高分辨率的鏡頭，成像波前誤差只有 1/8λ，而遇上了一個(gè)表面精度只有1λ的鏡面，那么反射出來(lái)的成像，也會(huì)被反射鏡帶壞，使得最終的成像質(zhì)量下降。另外，鏡面反射后的圖像，同樣與NA（光圈）相關(guān)，如果NA較大，那么同樣對(duì)面精度要求更高。

所以可千萬(wàn)不要因?yàn)椤肮?jié)約成本”，而使原本高分辨率的鏡頭無(wú)法發(fā)揮應(yīng)有的作用！

當(dāng)然，對(duì)于不同特殊波長(zhǎng)的光源，如紫外，紅外等，需要的反射鏡種類(lèi)也不同。不同的反射涂層，會(huì)針對(duì)不同波段的光有較高的反射率。而用于激光的反射鏡，其表面的損傷閾值（DamageThreshold，kW/cm2）也很重要，它也直接決定了可以用于多大功率的激光。

除了直角反射棱鏡，我們?cè)谄渌麘?yīng)用還會(huì)遇到多種棱鏡的方式，比如，在遇到遠(yuǎn)心鏡頭對(duì)靠近物點(diǎn)進(jìn)行雙相機(jī)定位時(shí)，我們需要把兩只光路靠的很近：

或倒著放：

還可以利用多個(gè)棱鏡進(jìn)行上下視野的同時(shí)觀測(cè)：

因此，幾個(gè)小小的棱鏡，可以使你的光學(xué)系統(tǒng)變得更加靈活。

其實(shí)，很多愛(ài)動(dòng)手的小伙伴可能早在小學(xué)時(shí)，就構(gòu)建過(guò)一套簡(jiǎn)單而又不失實(shí)用的“棱鏡系統(tǒng)”：

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