機器視覺之(zhī)棱鏡相機

原理粗略

棱鏡相機的(de)原理主要(yào / yāo)是(shì)通過棱鏡分光技術，将入射光線分配到(dào)不(bù)同的(de)通道(dào)中，每個(gè)通道(dào)的(de)圖像可以(yǐ)在(zài)運動時(shí)或在(zài)不(bù)同的(de)測量視角下實現像素級的(de)對準精度。

在(zài)基于(yú)棱鏡的(de)相機中，棱鏡塊由硬二向色塗層組成，它們本質上(shàng)是(shì)幹涉濾光片。這(zhè)些濾光片負責對入射光進行初級分離。

棱鏡類型

1、反射棱鏡

工作原理實際上(shàng)是(shì)光的(de)反射定律和(hé / huò)折射定律。光在(zài)相同介質中發生反射時(shí)，其反射角和(hé / huò)入射角相等；光由一(yī / yì ／yí)種介質垂直兩介質平面入射到(dào)另一(yī / yì ／yí)種介質時(shí)，不(bù)會發生折射。在(zài)采用一(yī / yì ／yí)個(gè)反射棱鏡時(shí)，儀器接收到(dào)的(de)返回光量會減弱。實際應用中在(zài)進行長距離測量時(shí)使用多個(gè)反射棱鏡。

2、偏轉、旋轉和(hé / huò)偏移棱鏡

偏轉光線路徑的(de)棱鏡，或将圖像從其原始軸偏移，在(zài)很多成像系統中很有幫助。光線通常在(zài)45°、60°、90°和(hé / huò)180°角度偏轉。這(zhè)有助于(yú)聚集系統大(dà)小或調整光線路徑而(ér)不(bù)影響其餘的(de)系統設置。旋轉棱鏡，例如道(dào)威棱鏡，用于(yú)旋轉倒位後的(de)圖像。偏移棱鏡保持光線路徑的(de)方向，還會将其關系調整爲(wéi / wèi)正常。

3、偏光棱鏡

常見變體包括格蘭-傅科偏振器，由兩個(gè)相同的(de)棱鏡方解石切割與光軸平行的(de)角邊，并安裝有一(yī / yì ／yí)個(gè)小的(de)空氣間隙，以(yǐ)便長的(de)晶面彼此平行。此棱鏡是(shì)透明的(de)波長範圍從大(dà)約230納米，在(zài)紫外區的(de)光譜，超過5000納米的(de)紅外輻射。這(zhè)樣一(yī / yì ／yí)個(gè)廣泛的(de)波長傳輸範圍使格蘭-傅科棱鏡，利用各種儀器。尼科爾棱鏡一(yī / yì ／yí)樣，撞擊格蘭-傅科棱鏡的(de)入射光被分成普通和(hé / huò)特殊的(de)波振動的(de)平行或垂直于(yú)光軸。然而(ér)，在(zài)這(zhè)種情況下，劃分的(de)光波通過棱鏡的(de)旅行沒有折射，直到(dào)遇到(dào)玻璃/空氣界面，随後的(de)常光線的(de)全内反射，但異常光線通過的(de)邊界，隻有輕微的(de)偏差。

4、色散棱鏡

根據棱鏡基片的(de)波長和(hé / huò)反射率，棱鏡色散取決于(yú)棱鏡的(de)幾何及其折射率色散曲線。小偏向角決定入射光線和(hé / huò)投射光線之(zhī)間的(de)小夾角。綠色光的(de)波長偏離超過紅色，藍色比紅色和(hé / huò)綠色多；紅色通常定義爲(wéi / wèi)656.3nm，綠色爲(wéi / wèi)587.6nm和(hé / huò)藍色爲(wéi / wèi)486.1nm。

多光譜棱鏡相機

多光譜棱鏡相機可通過将入射光線分光投射到(dào)兩個(gè)不(bù)同的(de)傳感器上(shàng)，同時(shí)執行可見光和(hé / huò)近紅外(NIR)光檢驗：一(yī / yì ／yí)個(gè)是(shì)可見光彩色通道(dào)（波長400-700納米），另一(yī / yì ／yí)個(gè)是(shì)NIR通道(dào)（波長750-900+納米）。

通過此功能，可使用單個(gè)相機同時(shí)檢驗可見元素、次表面缺陷或者以(yǐ)NIR波長進行檢驗的(de)其他(tā)信息。

多光譜相機是(shì)檢驗紙币、紡織品、電路闆和(hé / huò)果蔬等有機産品的(de)理想選擇。

分光棱鏡相機

分光棱鏡成像是(shì)通過棱鏡将入射的(de)複合光束分解成多光譜光束或改變光束方向，然後通過多個(gè)感光芯片獲取不(bù)同光譜或動态範圍圖像的(de)技術。

這(zhè)種技術的(de)優勢在(zài)于(yú)，當相機和(hé / huò)被拍攝表面形成一(yī / yì ／yí)定的(de)角度時(shí)，不(bù)需要(yào / yāo)再對傳感器進行“空間補償”；即使是(shì)拍攝粗糙不(bù)平的(de)表面，也(yě)不(bù)會在(zài)多個(gè)傳感器上(shàng)出(chū)現“視差”的(de)問題。利用這(zhè)種技術搭建的(de)成像系統安裝極爲(wéi / wèi)簡便、精度高、成本低，可以(yǐ)完全取代多台相機的(de)成像方案。

棱鏡分光成像技術，爲(wéi / wèi)半導體晶片及果蔬、食物、包裝内部等材料的(de)檢查提供有效的(de)辨别檢測手段 。

光路原理

它将可見光到(dào)短波段紅外（SWIR）波段的(de)光譜段，在(zài)可見光和(hé / huò)SWIR、可見光波段内或SWIR波段内進行分光。

應用場景

采用的(de)棱鏡技術，可将入射光分割成RGB各波長，再投射到(dào)高精度配置的(de)各CCD。因此，棱鏡相機具有高精度的(de)色彩還原性，基于(yú)波長間分離度的(de)高分光感度特性（低混色），可輸出(chū)極高精度的(de)彩色圖像數據，高動态HDR影像，同時(shí)具有高度的(de)空間分辨率，可進行高精度的(de)邊緣檢測，可識别檢測對象的(de)細微部分。

基于(yú)以(yǐ)上(shàng)特點，多應用與水果、蔬菜等植物的(de)檢測，硬币、紙币的(de)檢測，紡織品、塑料的(de)檢測，LED、熔接、玻璃的(de)檢測及太陽電池闆的(de)制造，工業爐、加熱後的(de)金屬的(de)監控等場景。