原创 利用紫外远心进行自动光学边缘提取

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一般的机器视觉相机和传统远心镜头都工作于可见光波长范围内。以前，机器视觉集成商一直使用可见光光学器件，是因为他们想要相机能够观察人眼能看到的物体和场景。 与摄影相似地，当应用于相机的像素非常小的而测量分辨率非常高的系统中时，这个方法受到局限。实际上镜头分辨率的极限是由截止频率给定的。截止频率即是镜头不再能够提取图像对比信息的空间频率(通常表示为线对/毫米)。因为截止频率正比于光线波长，所以工作于可见光范围的普通机器视觉镜头和远心光学器件无法对极小的像素成像(最小可达1.75微米)，而这些极小像素在工业相机中渐渐多起来。

(可见光镜头组；紫外镜头组；可见光截止频率；紫外截止频率)

上图显示两个工作于F数为8的镜头的性能极限(衍射极限)。可见光镜头工作于587nm(绿光)而紫外镜头工作于365nm 紫外镜头在表示对比度比率的传递函数上远远大于可见光镜头，尤其是在高空间频率部分。垂直线条表示两个镜头的截止频率。紫外镜头在340线对每毫米时，在理论上对比信息还存在，而小到1.5微米的像素可以表达关键的图像信息。由于这个原因，Opto公司开发了一系列工作于紫外的远心镜头(TC UV系列)，这系列镜头为了保证能达到的现有机器视觉系统最高图像分辨率而特别设计。紫外远心镜头能够有效的工作于小到2微米的像素，所以这种镜头能够成功地用于所有需要使用高分辨率和需要最高系统分辨率的应用中。工作于365和425nm范围的紫外远心镜头在高空间频率处的图像对比度非常高，所以可以与最微小的像素配合。另外，与正常相机搭配使用时，由于这些镜头的分辨率更高，所以与搭配可见光镜头的系统相比，搭配这些镜头的系统在物体移动时受到的影响小很多。同时，与工作于可见光范围的远心镜头相比，搭配这些镜头的系统的景深也增了。

(TC UV调制传递函数；衍射极限；TC UV对比度传递函数) 

上图显示TC UV(紫外远心)镜头的分辨率特性。.图中显示了MTF(调制传递函数)衍射极限、TC UV镜头的MTF曲线和CTF(对比度传递函数)曲线。  .MTF曲线表示镜头对正弦波(图像)的响应，而 CTF函数表示黑白条纹组成的方波图像成像时镜头组成像的对比度。若w表示空间分辨率、p表示像素大小，则当p=1/2w时，一个像素就表示一个在空间分辨率w处，由CTF给定的对比度。

上图显示物体在背向照明时的图像。左侧的物体是由可见光镜头观察的图像。右侧是使用TC UV远心镜头组拍摄的同样图像。TC UV镜头组的黑白传递小于一个像素(这里是3.5微米)。UV远心镜头可以搭配所有波长在356-420nm范围内的紫外光源，如使用紫外LED的环形光源、同轴光源、背光光源等。但对于测量应用的最佳选择是强化图像分辨率和景深的LTCLUV LED平行光源。按照最合适的位置摆放，对物体进行背向照明时，这些远心光源能够保证紫外LED光源和紫外远心镜头组之间的有效配合。使用这些设备之后，系统就不需要使用专门的紫外成像设备，而可以使用任何CCD或者CMOS相机。     

紫外LED平行光源配合TC紫外远心镜头可以得到最大的图像分辨率，保证最高的照明效率和最大景深。使用Opto公司专利光学技术的紫外远心镜头具有特有的成像技术——TC EDGE(边缘)。这项技术保证只有偏离物体边缘的光线在成像平面成像。无需软件算法，只需镜头系统就可以自动提取边缘。这项技术可以增强那些其他类型镜头系统无法看见的微小瑕疵、微粒和表面间断，使之可以检测。

(平行光源；散射光；EDGE远心镜头组；EDGE图像)

图中所示为集成TC EDGE技术的镜头组与紫外LED平行光源配合使用。EDGE远心镜头收集对象边缘散射的光线并成像，而视场其他部分保持黑色。

(1.快速检测应用；2.表面缺陷增强；3.部件对齐；4.杂质和瑕疵增强)

这些例子显示TC EDGE光学系统的工作情况。

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