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        圖像畸變的產生及消除畸變的方法

        • 來源:光虎

        圖像畸變的產生及消除畸變的方法

        什么是圖像畸變?

        畸變作為光學系統中經常提到的一個參數,是限制光學量測準確性的重要因素之一。它是光學系統對物體所成的像相對于物體本身而言的失真程度,只引起像的變形,對像的清晰度并無影響。
        對于理想光學系統,在一對共軛的物像平面上,放大率是常數。但是對于實際的光學系統,僅當視場較小時具有這一性質,而當視場較大或很大時,像的放大率就要隨視場而異,這樣就會使像相對于物體失去相似性。這種使像變形的成像缺陷稱為畸變?;兌x為實際像高與理想像高差,而在實際應用中經常將其與理想像高之比的百分數來表示畸變,稱為相對畸變,即

        常見的畸變類型

        桶形畸變:

        在桶形畸變中,圖像放大率隨與光軸的距離而減小,體現在圖像呈球體(或桶)周圍映射的效果。魚眼鏡頭具有半球形的視角,它利用這種變形來將無限寬的物平面映射到有限的圖像區域。在變焦鏡頭中,桶形畸變出現在鏡頭焦距范圍的中間,而在該范圍的廣角端最嚴重。


        枕形畸變:

        在枕形畸變中,圖像放大率隨距光軸距離的增加而增加??梢姷男Ч?,未穿過圖像中心的線像枕形一樣向內彎曲,朝向圖像中心。

        機器視覺中的圖像畸變

        圖像畸變帶來的影響

        光虎視覺認為許多檢測應用需要非常精確的測量,盡管通過亞像素插值的軟件算法可以提供非常精細的測量結果,但是如果創建的圖像有任何變形,它們也無法提供準確或可重復的結果。
        所以,選擇合適的光學器件是測量系統能否成功的關鍵。幸運的是,運用一些光學原理,可以使用雙遠心鏡頭,該類鏡頭可以克服物體位置的變化、物體上的高度差以及其他可能導致軟件處理不正確的圖像信息的問題。所以合理使用雙遠心鏡頭可以很好的解決圖像的畸變問題。


        遠心的重要性

        透視誤差,也稱為視差,是我們日常體驗的一部分。實際上,視差是使得大腦解釋3D世界的原因。距離我們較近的物體看起來相對較大,舉個簡單的例子:想象某人站在一組鐵軌,緊挨著它們的前面,兩根鐵軌相距不遠,看似平行。當朝地平線看去時,這些平行的軌道似乎會聚在一起。我們知道它們實際上并沒有在遠處的某個地方聚集在一起,否則火車會飛離軌道,但是這種感知方式至關重要。
        在常規成像系統中也存在該現象,其中物體的感知尺寸(其放大率)隨著其距透鏡的距離而變化。雙遠心鏡頭在光學上可以糾正這種情況,因此在鏡頭所定義的范圍內,無論距離如何,物體都保持相同的感知大小。在鐵軌的示例中,雙遠心鏡頭會使鐵軌看起來相距相同的距離,而不管它們是在鏡頭的前面還是在地平線上。

        雙遠心鏡頭的優勢

        光虎視覺認為對于許多應用,都需要雙遠心,因為它在一定的工作距離范圍內提供近乎恒定的放大倍率,實際上消除了視角誤差。這意味著對象移動不會影響圖像放大率。
        在具有雙遠心的光學系統中,物體離近或遠離鏡頭不會導致圖像變大或變小。此外,沿光軸方向具有深度范圍的對象不會出現傾斜。例如,圓柱的軸平行于光軸的圓柱物體在遠心鏡頭的像平面中看起來是圓形的。在非遠心鏡頭中,同一物體看起來頂部是橢圓形的,而不是圓形的,并且側面是可見的。
        值得一提的是,在具有雙遠心的光學系統中,聚焦或故意散焦的圖像平面運動不會改變圖像大小。雙遠心鏡頭的另一個優點是,它可以提供極其均勻的圖像平面照明。
        雙遠心鏡頭在大多數情況下可以提供當今市場上最低的失真水平(畸變),這大大的提高了它們提供可靠的視覺系統的能力。
        隨著當今機器視覺系統的需求不斷增長,選擇正確的光學組件比以往任何時候都更加重要。光學系統是調節圖像以進行分析的關鍵部分,因此不應忽視。每當需要進行關鍵測量時,都需要考慮使用雙遠心鏡頭來產生能夠真正提供所需結果的系統。

        【來源:光虎視覺內部培訓資料】

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