精度測量取決于分辨率

在機器視覺測量中提供高精度和低不確定度的決定性因素是獲取的圖像的分辨率。在這種情況下，術語分辨率 （或圖像分辨率）意味著以實際單位的單個像素的大小。簡而言之，如果一個攝像機傳感器在水平方向上包含1000個像素，并且采用光學器件來獲取覆蓋真實世界場景中1英寸寬的區域的圖像，則單個像素將代表0.001“。請注意，這是相機制造商或分析軟件不會改變的基本指標。

一個特定的應用程序有多少像素就足夠了？

作為一種衡量標準，機器視覺系統中最小的測量單位（稍后提到的一些例外情況）就是單個像素。與任何測量系統一樣，為了進行可重復和可靠的測量，必須使用最小測量單位（作為一般經驗法則）為所需測量公差帶的十分之一的測量儀。在剛描述的例子中，可以估計系統提供大約+/- 0.005“的精確度測量（0.01”的公差帶，十倍儀表單位）。

工程師首先使用機器視覺進行測量往往嚴重低估了達到理想水平的測量精度不確定性所需的像素數量。事實上，它可能需要多臺攝像機，專業攝像機（如線掃描成像儀）或單個部件的多個視圖來達到指定檢測容差所需的分辨率。

如果需要，展開解決方案

有時候，我們可以用數學方法在成像系統中擠出額外的分辨率，使用算法來報告亞像素重復性的特征。一些例子是灰度邊緣分析，幾何或相關搜索，圓形或線條擬合等回歸，以及某些情況下的連通性。如果可以通過使用這些工具來考慮子像素結果，則如前所述，最小的測量單位可以小于單個像素。請注意，由供應商提供的子像素能力估計值只是這個估計值，通常用于最好的成像，光學和部件表示。請謹慎使用任意子像素期望值作為指定系統測量功能的決定性因素。用實際零件和圖像測試系統，以經驗確定子像素的能力。

使用高分辨率光學元件

成像是光學和照明的功能（我們將在后面討論，部分介紹）。對于大多數應用，所使用的唯一光學器件將是透鏡組件，但是選擇該透鏡對于度量應用是至關重要的。除了向傳感器提供適當的真實世界尺寸的圖像之外，為了計量，鏡頭必須盡可能精確地再現圖像而不失真。此外，鏡頭也具有分辨率度量標準，其通常被指定為每mm或者每英寸的線對（lp / mm，lp / in），并且通過擴展可以具有用于MTF（調制轉換函數）的規格或者更簡單地具有能力在高lp / mm的情況下產生高對比度的鏡頭。像素數越高，這些鏡頭指標越重要。確保指定的光學元件是為機器視覺應用設計的高質量，高分辨率產品。

遠心鏡頭在許多情況下對測量應用非常有用。遠心鏡頭使用光學組合來實際消除由圖像中的視差引起的所有失真。其結果是幾乎所有圖像都與傳感器平行的圖像。平面幾何關系（在圖像平面中）完全保留，使測量更加直接和直接。一如既往，在規范之前測試成像。

對于需要非常小視場（例如小于幾毫米）的應用，請考慮使用專門為機器視覺制造的顯微鏡光學元件和/或高倍率光學元件。這些可從許多供應商處獲得。不建議使用擴展器或附加放大倍率將標準光學元件推至更高倍率。

關于照明和部件特征以及展示的以下想法。

選擇正確的照明

在計量學中，照明的選擇可能起關鍵作用。不幸的是，沒有具體的規則可以應用于照明。盡管在生產線上實現自動化背光的物理實現可能是一個挑戰，但許多計量應用都受益于背光照明（如下所述，部分展示）。正面照明可能會突出顯示必須標識以進行測量的特征邊緣。考慮使用低角度或結構化的照明來突出低對比度的特點。當試圖測量非常小的特征（例如分辨率低于0.001mm）時，可以使用長波長的顏色，例如藍色或紫色來提高對比度。如果零件處于運動狀態（即使不是），請考慮使LED照明器頻閃以獲得最佳強度和燈泡壽命。

在所有情況下，成功的機器視覺照明都需要在實驗室和地板上進行實驗，以確保選擇正確的組件。

注意零件特征

給定特定照明技術的照相機的光學系統可見的特征通常不具有用于機器視覺工具的相同特征，可以在零件印刷上指定或使用手動測量儀來測量。例如，測量直徑較小但相當深的通孔的直徑 - 高精度和低不確定性。如果使用前部照明，則只會測量孔的頂部邊緣。如果期望的檢查是模仿插入量規，這可能是不可接受的。另一方面，如果使用背光，由于孔的深度，光學器件不可能“平均”圖像中的整個孔。更有可能的是，光學器件將集中在鉆孔頂部，底部，中部的某一深度處，并且這個結果可能不是所期望的。仔細選擇照明，光學和算法，以確保測量商定的表面。了解在許多情況下，出于上述原因，在線非接觸機器視覺測量不會完全重復物理測量設備。

進行精確測量

被檢測的部件必須重復呈現。在離線設置中，成像，光學，分辨率和算法可能都是完美的，但是您發現在線測量的可重復性和可靠性很差。通常情況下，部分呈現不一致。有時候，部分演示甚至可能無法實現某種度量。以例如前面描述的小而深的鉆孔為例。當該孔的表面垂直于透鏡時，圖像直接從孔的深處取下，可以成功測量。但是，如果零件稍微傾斜，那么這樣的孔可以明顯地變成橢圓形，或者如果是背光，則會被完全遮蔽。對于非接觸式測量的成像，首先必須減輕所有可能的零件表示變化，然后理解在任何情況下，零件表示都將對測量中的一些疊加誤差負責。在確定和指定分辨率，光學和照明時考慮到這一點。

審核編輯 ：李倩