機器視覺系統如何選擇光學濾波器

日期：2026-04-10 00:06

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摘要：機器視覺系統如何選擇光學濾波器

通過使用濾鏡，可以減少拍攝圖像的對比度，減少圖像處理時間。

機器視覺系統現在在許多工廠自動化系統中很常見。在構建這些系統時，開發人員必須仔細評估要檢查的產品類型，以及如何正確選擇照明和光學元件以增加捕獲圖像的對比度。在此過程中，機器視覺系統的吞吐量將得到改善，因為處理所捕獲的圖像以提取相關信息所用的時間將更少。

然而，在開始任何特定應用的任何特定照明選擇之前，了解應使用何種類型的照明系統是重要的。今天，許多制造商根據要檢查的產品的類型提供各種類型的LED照明產品。例如，盡管平坦的漫反射表面可能*好使用環形光照射，但是平坦的鏡面物體可能需要漫射的軸上光源或陰天照明器來增加要檢查的特征的對比度。

雖然這種照明的選擇是重要的，選擇光波長來照亮部分也是重要的。使用哪個頻率將取決于部件的屬性，因為這將決定哪些波長將被反射和吸收。通過選擇與要提取的感興趣特征相匹配的波長并選擇相同顏色的光源，該特征將顯得更亮，反之亦然。

系統開發人員可以選擇使用光學濾波器來執行此任務，而不是嘗試多個波長。例如，通過用廣譜白光照明物體，帶通濾波器可以放置在相機的前面以選擇提供*佳對比度的特定波長。以這種方式，可以廉價地確定照明波長的正確選擇。

中性密度

光學濾光片在減少發光強度，增加系統分辨率，消除眩光，分離顏色，色彩校正以及當然增加被成像物體的對比度方面也證明是有用的。在機器視覺應用中，例如電弧焊接檢測，可能需要減少相機捕獲的光量。在這樣的應用中，可以使用中性密度（ND）濾光片來均等地減少所有波長的光。使用這種濾光片，可以部署具有較大光圈的照相機，從而減小場景的景深，從而更好地將物體圖像與背景分離。

許多制造商根據它們的光密度（OD） - 通過濾光器傳輸的光功率 - 在數學上給出如OD = -Log10（Im / In）來指定這些濾光片的特性，其中Im是測量的強度，In是事件強度。因此，例如，具有0.5的分數透射率（Im / In）的中性密度濾光器將具有0.3的光密度。一些ND濾光片是在光譜的可見區域內指定的，并且不會按比例阻擋UV或IR的所有波長。這在使用CCD或CMOS成像器的機器視覺系統中可能是重要的，這些成像器在UV和IR區域都可能是敏感的。

正因為如此，許多公司提供這種特別為機器視覺和科學應用定制的ND濾光片。例如，Edmund Optics公司的TECHSPEC UV-NIR中性密度濾光片可以將光線從紫外線衰減到NIR（190-1700 nm），并且可以提供12.5,25和50 mm的直徑尺寸以及0.3,0.5的光學密度，1.0,1.3,1.5和2.0。

帶通濾波器

雖然中性密度濾光片用于減少照相機傳感器上的光線，但是可以使用帶通濾光片來增加圖像對比度，同時選擇性地使波長在一定范圍內。由于光學系統的軸向或軸向色差將減小，所以圖像對比度有效地增加。在表現出這種軸向色差的系統中，透鏡的折射率隨波長而變化很小。由于對于藍光（較短的波長），透鏡的折射率比紅光（較長的波長）大，所以不同的波長將沿著軸線聚焦在不同的焦點上（圖1）。
發生色差是因為對于藍光（較短的波長），透鏡的折射率大于紅光（較長的波長）

圖1：出現色差是因為對于藍光（較短的波長），透鏡的折射率比紅光（較長的波長）更大。不同的波長將被聚焦在沿軸線的不同焦點上。

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