工業鏡頭最簡單最專業的評測方法

工業鏡頭和其他鏡頭(如單反鏡頭、行車記錄儀鏡頭、手機鏡頭)在使用、效能、設計、和生產等方面都是有差異的。所以要知道在評測工業鏡頭的效能時,我們到底要測哪些指標?專業精密的鏡頭測試儀器可以對一支鏡頭給出幾十頁的報告,價格也非常昂貴。作為鏡頭使用者而非生產者,只用一些簡單的工具加演算法也能實現鏡頭評測。

工業鏡頭最簡單最專業的評測方法

解析度

解析度是工業鏡頭最重要的引數,描述鏡頭能看清多少細節。鏡頭可以看成是一個低通濾波器。資訊經過鏡頭後,帶有細節的高頻資訊會丟失。

測試鏡頭解析度,我們首先需要一個解析度板。USAF1951可以讀取鏡頭能分辨最細的線寬,我們就可以準確的讀出鏡頭的物方解析度。物方解析度跟工作距離遠近有關,最好換算成像方解析度。星標板比USAF1951更加直觀,但是不能讀數。

一定要把視野中心調至最清晰,再分別讀取中心和四角的讀數。注意下,不同的鏡頭對比測試時,要保證光圈和工作距離的一致。測試解析度至少要測中心和四角5個點,好的鏡頭四角成像差異不大。對FA鏡頭來說中心成像肯定優於邊緣。

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兩款同樣規格不同生產廠商的鏡頭

第一個鏡頭有明顯的場曲即中心和周邊不同步

畸變

光學上以放大倍率的不準確性的定義畸變,即物象空間的座標不是線性對應的。一般離視野中心越遠放大倍率變化越大。

但是由於光學畸變不容易準確測量,我們又創造了一個新的定義:TV畸變=△H/H。

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Halcon等影象處理軟體在標定畸變時用光學畸變。軟體測量畸變大部分用TV畸變。同一支鏡頭,光學畸變的值要大於TV畸變。用軟體Imatest測試畸變是最快速準確的。如果沒有條件購買Imatest,可以根據光學畸變的定義寫個程式。讀取物空間座標,找出和理論座標的差異,再除以到中心點的距離,就知道了一個點的畸變值。但光學畸變是非線性的,尤其是混合畸變,可能出現中心枕形邊緣桶形畸變。所以要儘可能多的採集點,擬合畸變曲線。

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Imatest測試畸變

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三個不同鏡頭的畸變曲線

最簡單的辦法就是用棋盤格標定板直接肉眼看,甚至用尺子放在視野邊緣看彎曲程度。

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相對照度

人們常忽檢視像中心和邊緣的亮度差,這在識別邊緣時非常重要,過大的亮度差會導致中心和邊緣影象提取特徵不穩定。

測試鏡頭相對照度非常簡單,找一塊較大的亮度均勻的面光源,先想辦法驗證光源的亮度均勻性。對光源拍照,取中心和邊緣區域平均灰度值的差值,再除以中心區域灰度值,就得到了鏡頭的相對照度。影象的亮度是從中心到周邊逐步變暗的,各方向沒有差別,所以只要對一個角取值。相對照度是會隨著工作距離變化,一般工作距離越近,相對照度越高。光圈越小,亮度越均勻,相對照度越高。

工業鏡頭最簡單最專業的評測方法

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相對照度曲線

對比度

對比度是經常被忽略的重要引數,人們常混淆了對比度和解析度這兩概念。對比度對應MTF圖中的低頻區域,解析度對應高頻區域。拍攝解析度板,在較粗線條的邊緣拉一條線,讀取黑到白的連續灰度值,再由以下公式計算。

工業鏡頭最簡單最專業的評測方法

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如圖,ABC分別是三個鏡頭的MTF曲線。鏡頭B比A對比度好,但解析度差。

工業鏡頭最簡單最專業的評測方法

在手機面板的檢測應用中,鏡頭的對比度比解析度更加重要。因為不良點和正常點常常只有個位數的灰度值差異,對比度低的鏡頭很難將不良點找到。

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雜光

工業鏡頭比起安防、單反和車載鏡頭,對雜光的要求不高。這是因為大部分機器視覺應用打光較均勻,環境穩定,強光直射入鏡頭的情況比較少。雜光問題比較難解決,不良現象種類多,不同的環境光下,鏡頭的不良現象會不同。用一個強光手電筒,可以簡單測試鏡頭抗雜光能力。如果在專案中遇到雜光,請試著調整光源角度,或者安裝偏振片。實在不行就需要更換鏡頭。

高效率鏡頭測試神器

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