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深圳市思普泰克科技有限公司

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技术动态

使用光学滤光片增强视觉系统图像对比度

时间:2018-12-07



  在机器视觉系统设计中,最重要的是获得较高的图像对比度。正确地选择照明方式、孔径大小和镜头性能,都可以增加图像对比度及提高系统性能。虽然设计师可能会为了增加系统性能而考虑升级照明及镜头,但这种做法会导致系统的成本显著增加。但是如果设计师评估被成像物体的光谱特性便会发现,只需要使用不同的滤光片,就能以很低的价格大大提高成像品质,同时最大限度地降低对其他设计元素的影响。

  根据系统结构和光谱透过率曲线,有一系列的滤光片可供选择。长波通滤光片设计用于截止短波光线,透射长波光线。短波通滤光片则设计用于透射短波光线,截止长波光线。带通滤光片透射中心波长光线,截止长波和短波光线。陷波滤光片则与其相反,截止某特定中心波长的光线,并透射长波和短波光线。

  彩色玻璃滤光片为视觉系统提供了廉价的、适用于许多应用的对比度改善解决方案,但这仅是在很宽的光谱范围中区分物体特征,如区分橙色与紫色物体。

  干涉滤光片也透射特定波长范围的光线,但较彩色玻璃滤光片更为精确。干涉滤光片可提供纳米级别的精准控制以透射及截止不同波长范围的光线。中性密度滤光片和偏振滤光片也可为特定成像场景提高性能。

  彩色玻璃滤光片

  彩色玻璃滤光片所能透射的光谱范围与其制作过程中所添加的掺杂物相关,不同的掺杂物以及所掺杂的程度,都将决定能透射的光谱范围以及该滤光片的衰减密度。加入掺杂物后,其余的制作过程都与标准光学玻璃的制造流程一致。

  彩色玻璃滤光片是宽光谱应用最具成本效益的解决方案,且性能独立于光线的入射角度,即使应用于广角镜头或与系统光轴呈倾斜角度,其光学传输都不会改变。不过,一般来 说彩色玻璃滤光片的透射率曲线较镀膜干涉滤光片浅,带通范围的透射率也不如干涉滤光片,截止与透射波长之间的过渡十分缓慢(图1)。

  图1:彩色玻璃滤光片一般的透射率曲线较镀膜干涉滤光片浅,截止与透射波长之间的过渡十分缓慢。

  虽然彩色玻璃设计与概念都较为简单,但却能大力改善图像质量。它们能够有效地缩小视觉系统所能看见的波长范围,且价格也比类似的干涉滤光片便宜。彩色玻璃滤光片是截止不被纳入彩色转盘之内颜色的理想之选。

                                    干涉滤光片

  如果您只是单纯希望辨别黄色与紫色平板,您只需使用玻璃滤光片即可。但如果您的应用要求识别十分细微的颜色差异,那么您将需要干涉滤光片,其截止与透射波长之间的过渡十分迅速。

  干涉滤光片一般具有较高的光学密度,可以有效截止特定范围的光线。虽然高光学密度可提高系统的能力,但许多机器视觉应用都不需要这般精确度。一般而言,光密度高于4的滤光片就非常精确,更高只会带来额外的不必要的成本。

 


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