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机器视觉系统如何选择光学滤波器
日期：2025-06-15 00:27
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摘要：机器视觉系统如何选择光学滤波器
通过使用滤镜，可以减少拍摄图像的对比度，减少图像处理时间。
机器视觉系统现在在许多工厂自动化系统中很常见。 在构建这些系统时，开发人员必须仔细评估要检查的产品类型，以及如何正确选择照明和光学元件以增加捕获图像的对比度。 在此过程中，机器视觉系统的吞吐量将得到改善，因为处理所捕获的图像以提取相关信息所用的时间将更少。
然而，在开始任何特定应用的任何特定照明选择之前，了解应使用何种类型的照明系统是重要的。 今天，许多制造商根据要检查的产品的类型提供各种类型的LED照明产品。 例如，尽管平坦的漫反射表面可能*好使用环形光照射，但是平坦的镜面物体可能需要漫射的轴上光源或阴天照明器来增加要检查的特征的对比度。
虽然这种照明的选择是重要的，选择光波长来照亮部分也是重要的。 使用哪个频率将取决于部件的属性，因为这将决定哪些波长将被反射和吸收。 通过选择与要提取的感兴趣特征相匹配的波长并选择相同颜色的光源，该特征将显得更亮，反之亦然。
系统开发人员可以选择使用光学滤波器来执行此任务，而不是尝试多个波长。 例如，通过用广谱白光照明物体，带通滤波器可以放置在相机的前面以选择提供*佳对比度的特定波长。 以这种方式，可以廉价地确定照明波长的正确选择。
中性密度
光学滤光片在减少发光强度，增加系统分辨率，消除眩光，分离颜色，色彩校正以及当然增加被成像物体的对比度方面也证明是有用的。 在机器视觉应用中，例如电弧焊接检测，可能需要减少相机捕获的光量。 在这样的应用中，可以使用中性密度（ND）滤光片来均等地减少所有波长的光。 使用这种滤光片，可以部署具有较大光圈的照相机，从而减小场景的景深，从而更好地将物体图像与背景分离。
许多制造商根据它们的光密度（OD） - 通过滤光器传输的光功率 - 在数学上给出如OD = -Log10（Im / In）来指定这些滤光片的特性，其中Im是测量的强度，In是事件强度。 因此，例如，具有0.5的分数透射率（Im / In）的中性密度滤光器将具有0.3的光密度。 一些ND滤光片是在光谱的可见区域内指定的，并且不会按比例阻挡UV或IR的所有波长。 这在使用CCD或CMOS成像器的机器视觉系统中可能是重要的，这些成像器在UV和IR区域都可能是敏感的。
正因为如此，许多公司提供这种特别为机器视觉和科学应用定制的ND滤光片。 例如，Edmund Optics公司的TECHSPEC UV-NIR中性密度滤光片可以将光线从紫外线衰减到NIR（190-1700 nm），并且可以提供12.5,25和50 mm的直径尺寸以及0.3,0.5的光学密度，1.0,1.3,1.5和2.0。
带通滤波器
虽然中性密度滤光片用于减少照相机传感器上的光线，但是可以使用带通滤光片来增加图像对比度，同时选择性地使波长在一定范围内。 由于光学系统的轴向或轴向色差将减小，所以图像对比度有效地增加。 在表现出这种轴向色差的系统中，透镜的折射率随波长而变化很小。 由于对于蓝光（较短的波长），透镜的折射率比红光（较长的波长）大，所以不同的波长将沿着轴线聚焦在不同的焦点上（图1）。
发生色差是因为对于蓝光（较短的波长），透镜的折射率大于红光（较长的波长）
图1：出现色差是因为对于蓝光（较短的波长），透镜的折射率比红光（较长的波长）更大。 不同的波长将被聚焦在沿轴线的不同焦点上。
上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件 的高科技企业，公司成立２００５年，专业的光电镀膜公司，公司产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。采用德国薄膜制备工艺，形成了一套具有严格工艺标准的闭环式流程技术制备体系，能够制备各种超高性能光学薄膜，包括红外薄膜、增透膜，ARcoating, 激光薄膜、特种薄膜、紫外薄膜、x射线薄膜，应用领域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、医用激光器、红外制导、面部识别、VR/AR应用,博物馆，低反射橱窗玻璃，画框等。
机器视觉系统现在在许多工厂自动化系统中很常见。 在构建这些系统时，开发人员必须仔细评估要检查的产品类型，以及如何正确选择照明和光学元件以增加捕获图像的对比度。 在此过程中，机器视觉系统的吞吐量将得到改善，因为处理所捕获的图像以提取相关信息所用的时间将更少。
然而，在开始任何特定应用的任何特定照明选择之前，了解应使用何种类型的照明系统是重要的。 今天，许多制造商根据要检查的产品的类型提供各种类型的LED照明产品。 例如，尽管平坦的漫反射表面可能*好使用环形光照射，但是平坦的镜面物体可能需要漫射的轴上光源或阴天照明器来增加要检查的特征的对比度。
虽然这种照明的选择是重要的，选择光波长来照亮部分也是重要的。 使用哪个频率将取决于部件的属性，因为这将决定哪些波长将被反射和吸收。 通过选择与要提取的感兴趣特征相匹配的波长并选择相同颜色的光源，该特征将显得更亮，反之亦然。
系统开发人员可以选择使用光学滤波器来执行此任务，而不是尝试多个波长。 例如，通过用广谱白光照明物体，带通滤波器可以放置在相机的前面以选择提供*佳对比度的特定波长。 以这种方式，可以廉价地确定照明波长的正确选择。
中性密度
光学滤光片在减少发光强度，增加系统分辨率，消除眩光，分离颜色，色彩校正以及当然增加被成像物体的对比度方面也证明是有用的。 在机器视觉应用中，例如电弧焊接检测，可能需要减少相机捕获的光量。 在这样的应用中，可以使用中性密度（ND）滤光片来均等地减少所有波长的光。 使用这种滤光片，可以部署具有较大光圈的照相机，从而减小场景的景深，从而更好地将物体图像与背景分离。
许多制造商根据它们的光密度（OD） - 通过滤光器传输的光功率 - 在数学上给出如OD = -Log10（Im / In）来指定这些滤光片的特性，其中Im是测量的强度，In是事件强度。 因此，例如，具有0.5的分数透射率（Im / In）的中性密度滤光器将具有0.3的光密度。 一些ND滤光片是在光谱的可见区域内指定的，并且不会按比例阻挡UV或IR的所有波长。 这在使用CCD或CMOS成像器的机器视觉系统中可能是重要的，这些成像器在UV和IR区域都可能是敏感的。
正因为如此，许多公司提供这种特别为机器视觉和科学应用定制的ND滤光片。 例如，Edmund Optics公司的TECHSPEC UV-NIR中性密度滤光片可以将光线从紫外线衰减到NIR（190-1700 nm），并且可以提供12.5,25和50 mm的直径尺寸以及0.3,0.5的光学密度，1.0,1.3,1.5和2.0。
带通滤波器
虽然中性密度滤光片用于减少照相机传感器上的光线，但是可以使用带通滤光片来增加图像对比度，同时选择性地使波长在一定范围内。 由于光学系统的轴向或轴向色差将减小，所以图像对比度有效地增加。 在表现出这种轴向色差的系统中，透镜的折射率随波长而变化很小。 由于对于蓝光（较短的波长），透镜的折射率比红光（较长的波长）大，所以不同的波长将沿着轴线聚焦在不同的焦点上（图1）。
发生色差是因为对于蓝光（较短的波长），透镜的折射率大于红光（较长的波长）
图1：出现色差是因为对于蓝光（较短的波长），透镜的折射率比红光（较长的波长）更大。 不同的波长将被聚焦在沿轴线的不同焦点上。
