特种镜头在缺陷检测中的应用-电子发烧友网

国内机器视觉从无到有，经过这十多年的发展，已经到了快速发展的时期，各个行业对视觉检测提出的要求越来越高，也有越来越多的项目是常规镜头无法解决的，这就需要一些特殊定制的镜头来解决，今天给大家分享我们长步道特种镜头的一些应用场景。

或许大家都有遇到过高度差异比较大的物体的检测需求，这里给大家举一个案例，在新能源锂电池行业卷绕段，在卷绕过程中，极耳会逐步叠加，可能会发生位置偏移的情况，当出现偏移量比较大的时候，从侧面进行极耳翻折的检测，极耳的位置不一样，也就是极耳到检测系统的工作距离会发生变化，客户就要求假定最大变化20mm，在20mm的变化范围内检测极耳翻折缺陷，然后根据翻折的程度来进行判定OK NG，这个项目的难点在于要做到20mm的景深，同时还要保持倍率一致，无视差，如果拍摄存在视差，前后位置极耳翻折的大小在图像上就会有区别，无法满足拍摄需求。

提到无视差，大家第一反应应该是远心镜头，远心镜头因为独特的平行光路，能保持图像放大倍率一致，但远心镜头也并非十全十美，也不能突破光学定律，远心镜头的景深跟放大倍率、光圈还有NA值有关，我们可以看到，列表中就算景深最大的0.1x的远心镜头，也只能做到9.3mm，远远无法达到项目要求；

而能够提升景深效果的镜头，我们可以想到沙姆镜头，沙姆镜头通过调整镜头和芯片间的沙姆角，以及配合合适的拍摄角度，能够将普通镜头的景深效果提升1/3甚至更高，但是普通的沙姆镜头存在视差，无法保证倍率一致。那么将两者结合起来是不是就可以了呢？将远心镜头做成沙姆结构，在保持远心光路的基础上还能增加景深，但我们对现场使用空间和使用的镜头倍率进行光学模拟，发现景深还是无法达到要求。

综合以上来看，远心镜头能保持倍率一致，但是景深不够，沙姆镜头在特定情况下才能满足景深要求，而且会存在视差，目前市面上也有能满足这两个要求的方案液态镜头，通过改变液态镜片的曲率，来实现不同工作距离下的对焦，同时也能保持倍率一致，但目前液态镜头的价格比较高，成本上不占优势。

基于以上市场现状，长步道设计了一款既能保证景深，又能保证倍率的价格更低成本更有优势的特种镜头超景深电动对焦远心镜头，这款镜头内部集成了超声波马达，通过控制马达能做到在镜头位置不变的情况下，物体工作距离变化22mm都能对焦清晰，也就是能做到景深22mm，而这款镜头是在双远心镜头的基础上实现电动对焦，因此能保证在景深22mm的变化范围内，保持放大倍率不变，可以进行精密的尺寸测量，而镜头使用的超声波马达对比普通的步进马达的优势在于，精度更高，马达本身能做到的最小精度是0.03°，对应到镜头上的调焦角度甚至能做到0.001°，再细微的变化都能及时捕抓，超声波马达转速更快，最快每钟能转400转，对应到镜头上就是最快1.5秒内就能实现22mm的景深变化，而且超声波点电机不会发生堵转烧电机的问题，响应速度快，响应时间小于1ms，控制接口为通用的RS232接口，镜头光圈F5.6-F22可调节，能做到跟液态镜头一样的事情，价格却比液态镜头低将近小一半，在成本更有优势。除了能应用在上述锂电卷绕段极耳翻折检测外，这款镜头还能应用在高度差异大的物体对焦与精准测量，以及斜面物体通过多次拍照进行图片合成实现精准测量。就是即需要用到远心镜头，又需要超大景深或者多次对焦的项目都可以使用这款镜头测试。

我们还将电动对焦模组应用在了适用范围更广的常规FA镜头，将原本手动对焦的操作交给机器，可以应用在一些极端环境人为不方便进行对焦的时候，比如安装距离比较高，高温、噪音、粉尘等环境下，每次对焦都需要爬上爬下，这时候就可以使用电动对焦镜头，通过电脑控制镜头对焦；还有一些不规则物体的测量，可以做到一个工位多次对焦检测，节省工位，简化视觉系统。

说到简化视觉系统，对我们长步道了解的同行可能对我们这款产品有一定的了解，检测一些小物件的外侧缺陷的时候，传统方案是使用多组镜头多组相机分角度拍摄，而这款360°外壁检测镜头可以使用一颗镜头一颗相机，从物体上面拍摄，将物体环外侧信息通过折反射的原理，在一张图片上成圆冠状成像，简化视觉系统，适用于瓶盖、螺丝等小物件的缺陷外观检测，因为畸变较大，不适合进行尺寸测量。

相对应的也有检测物体内壁信息的360°内壁镜头，左边的适用于管道类需要伸进去拍摄的内壁检测，就是工业上的针孔镜头，能清晰地检测隐藏在内部的特征和缺陷，右边的镜头是在物体上方拍摄，特殊的光学结构使其拥有大视角和大景深，能将内壁信息展开，进行内壁拍摄适用于检测圆柱、孔洞、瓶子和螺纹等物体。

上述外壁镜头也存在局限性，只适合检测外径30mm以下小尺寸物体，因此长步道推出了八棱镜镜头，将物体通过八个角度进行拍摄，检测范围是5mm-70mm。前端是大视野远心镜头，通过特殊的折反射光路，能分别检测物体外壁和内壁，当尺寸和高度合适的时候，能够同时检测物体内外壁，更大程度的简化系统，节约成本。像这种高度的酒瓶盖，常规360°外壁镜头至少需要分开拍摄两次，上面一次，下面一次，而八棱镜镜头能够一次拍摄完全，而且像这些紧固件内壁信息在合适的情况下也能拍摄出来，这就是八棱镜镜头的优势，但因为分成八个面，所以不能做到传统360°镜头的图片拉伸合成。

机器视觉检测呈现高分辨率、高光谱成像趋势，近年sony推出了工作波长覆盖可见光+近红外（400-1700nm）的芯片，督促着我们镜头也往更高端的领域前进，因为普通的镜头无法发挥出这种高端芯片的性能。为什么不适配呢？

首先是普通镜头镀膜要么是可见光波段要么是红外光波段，不能兼顾400-1700nm这么长波段，除了镜片镀膜外，还有一个原因是普通镜头存在焦点偏移，不同波长光线的折射率不一样，在可见光下对焦清晰，切换成红外光下就会模糊，如果不进行校正，无法共焦，就不能做到高光谱成像。那我们常见的安防监控镜头是怎么做到白天可见光成像，晚上红外补光，红外光成像，且不需要重新对焦，秘密就在于镜头上加入ICR切换器；

ICR内装有不同厚度的可见光截止滤光片和红外截止滤光片，通过不同厚度滤光片进行光路细微调节，可见光下使用一种厚度滤光片，红外光切换另一种厚度滤光片，实现可见光和近红外双光谱共焦的功能。我们针对IMX990/991推出了高光谱镜,通过使用超低色散玻璃，在超宽的波长范围内，完全校正了焦点偏移，实现高光谱共焦。这一系列推出12-35mm 4款镜头。

产品特点：1.专为SWIR芯片IMX990/IMX991设计

2.使用超低色散玻璃，在超宽的波长范围内，完全校正了焦点偏移

3.广泛应用于工业分选、色差检测、食品检测、医学制药等领域