360°成像----只用一个镜头来拍摄物体的全景图像—技术与应用频道- 视觉系统设计

360°成像----只用一个镜头来拍摄物体的全景图像

文/OPTO Engineering China

许多机器视觉的应用案例中,需要检测一个物体表面的完整视图。这是由于在许多检测案例中，需要检查的地方位于物体的两侧，而不是在物体上方。许多柱状物体，例如不同类型的瓶子、容器以及机器零件，需要侧面检查才能发现划痕和杂质。还有一些情况需要扫出产品侧面的条形码，或是检测字体图案是否印刷在正确的位置上。

在这种情况下，最常用的方法是使用更多的相机（通常是3~4个），来确保达到一个部件的几个侧景都在检测范围之内。当然这还不包括俯视图的检测。

这种解决方案除了增加系统的成本之外，往往还会导致检测系统的负荷过大，因为电子设备或软件必须处理同时来自不同相机的不同图像。

在许多其他情况中，机器视觉系统工程师更喜欢集成线阵相机，一行一行地扫描物体外部。这种方法也带来了许多技术和成本方面的问题。由于物体必须通过一些昂贵的机械装置依次放入，这将影响控制速度；此外，线阵相机探测器的宽度增加了光学系统的放大倍率，需要非常强大的照明，因此减少了景深。

由于以上这些原因，一些集成商开始寻找更好的光学解决方案，从而达到单个相机的观察检测，且不需要任何的部件旋转。

OPTO Engineering光学组合使得这些解决方案成为可能：环外侧镜头、内孔测量仪器、折反射（多反射镜）系统和其他类型的光学探针系统（见图1）。

图1：环外侧镜头的光学工作原理。

OPTO Engineering环外侧镜头提供集成系统，类似于：这个镜头可以检测待测物体的顶面和四周,并成像在一幅完整的图片上；工程师可以用软件将图片分展开，获取测试物体的直视图，并使图像的分析更加容易（见图2）。

图2：环外侧镜头拍摄影像样本的侧面。

OPTO Engineering外表面观察检测，得益于我们使用了多个反射镜系统的光学技术。一种好方法是：用一个远心镜头，通过产品内部反射镜的组件来观察物体，可以获得物体的四个面或更多个面的侧景（见图3）。调整产品反射镜片的位置，使产品有着奇特的光学成像路径，在最后检测物体的成像中，对焦度可以达到最佳。

OPTO Engineering远心镜头的几个成像面，可以保证完全一样的放大倍数和一样的视角，因此更兼容图像软件的处理程序；由于这些高端原因，这个镜头也适用于测量目的。

OPTO Engineering光学解决方案，提供了来自多视角光学仪器镜组件的环外侧镜头和远心镜头，多镜片式光学系统提供了对同一物体便利的多重角度（4、6、8）的观察，这使得这些光学器件适用于外部和内部（洞）的表面检查。各个方面的图片都在同一个相机拍摄中展示，所有测试样品信息可以存在于同一张图片里，像环外侧镜头一样（见图4）。多视角光学也能提供很好的图像分辨率，能够高速采集图像，促使它们可以在低F-数值操作。

图3：远心镜头接口到反射镜组件可以提供样品的四个不同的侧视图。

图4：多视角光学的工作原理和用这种镜头来实现一个案例图像。

OPTO Engineering内表面光学检测

OPTO Engineering多视角光学元件可以有效地检测物体内表面。这种镜头解决方案比其他方案更严谨。例如，在对孔内表面的光学检测中，可以在一张完整的图片上成像六个面（见图5）。

OPTO Engineering像环外侧镜头、多视角光学元件，他们的设计符合曲面取景，从而代替了平面取景：孔光学监测可以检测圆柱体的内壁，这样就可以有效检查孔和容器的内壁质量。不需要任何光学探针，镜头里的广角镜就可以清晰地呈现出孔的内壁。

图5：内孔测量仪器的工作原理，图像展示了这些镜头是如何显示有孔物体的内腔的。

OPTO Engineering孔光学监测适用于大部分应用案例，在孔内壁垂直俯视检测方面有点限制（根据被检测物体的参数）。当观察内壁螺纹或者检测物体内腔时，多视角光学镜头还是很有必要应用的。在下述情况中，光学探针的介入是必要的。通常它是由光纤为基础组成的元件，例如纤维内窥镜、管道镜或其他设备（集成相干光纤束将图像从腔内传输到相机探测器）。

这种装置具有一定的局限性，因为最粗的纤维束所采集的像素远远不如一台低分辨率相机。出于这个原因，当要求高对比度的图像时，必须首选直接光耦合的相机：可以制造一个通过有球面镜或非球面镜的特殊微距镜头，来查看孔内壁的光学探针。（见图6）但这样的解决方案可能在特定厚度的检测范围内出现瑕疵：如果检测被限制在一定深度的孔内，则没必要用光学探针贯穿整个空腔。