FAQ | 常見問題
詳細資訊
CTF 表示鏡頭在拍攝「方形圖案」（棋盤格圖案）時的對比反應；此參數對於評估測量應用中的邊緣清晰度最為有用。另一方面，MTF 表示鏡頭在拍攝灰階範圍為 0 到 255 的正弦波圖案時所獲得的對比度響應；該值更難轉換為任何對機器視覺應用有用的參數。
► 遠心性是否意味著「物體內部或外部的壁完全消失」？
只能在某種程度上實現：即使使用「理想」的遠心透鏡，也只有來自物體邊緣的一半光線錐會真正照射到探測器上。因此，物體的內邊緣或外邊緣會出現一些模糊。這種影響可以透過使用準直光源來減少甚至消除。
► 那麼，畸變校正呢？
由於遠心透鏡是真實物體，它們會存在一定的殘餘畸變，這會影響測量精度。畸變以實際像高與預期像高之間的百分比差異來計算，可以用二階多項式近似表示。
如果我們如下定義從影像中心到徑向的距離：
Ra = 實際半徑
Re = 預期半徑
畸變率是 Ra 的函數：
dist(Ra) = (Ra - Re)/Ra = c*Raˆ2 + b*Ra + a
其中 a、b 和 c 是定義畸變曲線行為的常數值；請注意，由於影像中心處的畸變通常為零，因此 a 通常為零。在某些情況下，可能需要使用三次多項式才能完美擬合曲線。
除了徑向畸變之外，還必須考慮梯形畸變。這種效應可以理解為由於光學元件和機械元件之間的未對準而導致的透視誤差，其結果是將物空間中的平行線轉換為像空間中的會聚（或發散）線。這種效應也稱為“梯形畸變”或“薄棱鏡畸變”，可以透過計算會聚線束交叉點的常用演算法輕鬆修正。
有趣的是，徑向畸變和梯形畸變是兩種完全不同的物理現象，因此可以透過兩個獨立的空間變換函數進行數學校正，這兩個函數也可以隨後應用。
另一種（或補充）方法是同時對局部畸變進行校正：利用網格圖案的影像逐區域定義畸變誤差的大小和方向。最終結果是一個向量場，其中與特定影像區域關聯的每個向量定義了需要對影像範圍內的 x、y 座標測量值進行何種校正。
► 為什麼「遠心範圍」是一個容易產生誤導的概念？
一些供應商會談到所謂的“遠心範圍”，也就是說，在一定的深度範圍內（以毫米為單位），最大誤差會保持在一定值（通常以微米為單位）；從光學角度來看，這個參數意義不大，甚至可能具有誤導性。入射光錐的最大傾斜角度以度為單位，取決於透鏡的遠心性。由於光線在空間中“直線傳播”，我們可以假設“整個空間都是遠心的”！我們保證我們的透鏡最大遠心傾斜角度為0.1°，換算成弧度為0.0017弧度（1.7毫弧度），儘管測試中實際的遠心性偏差通常只有這個值的一半，約為0.0008弧度（0.8毫弧度）。這意味著1毫米的位移所產生的最大誤差將小於1微米。
我們與競爭對手之間的一個關鍵區別在於，他們只是給出遠心度的值，而我們則使用專門的測試儀器測量該參數，並通過測試報告對每個鏡頭的遠心度進行認證。
► 如何組裝大型遠心鏡頭？
大型遠心鏡頭，例如 TCxx120、TCxx144、TCxx192 和 TCxx240 鏡頭，都整合了一個大型安裝法蘭，該法蘭內建於機械結構中。相機安裝完畢後，可以調整相機的旋轉相位，以便根據以下兩種方式之一來對齊視場角和偵測器側：
♦ 製作一個帶有橢圓形孔的固定法蘭：透過旋轉整個組件可以調整鏡頭+相機相位。然後，可以透過將螺絲插入鏡頭法蘭上的通孔來鎖定鏡頭。
♦ 製作一個固定法蘭，使鏡頭法蘭可以自由旋轉：一旦找到正確的相位，就可以將兩個法蘭推在一起，並用螺絲將其固定緊。
對於 TCxx240，可依要求預先在鏡頭上安裝一個特殊的 C 型介面旋轉轉接器。找到合適的相位後，可透過三個徑向螺絲鎖定該組件。
► LTCLHP系列鏡頭使用的鏡片與搭配遠心鏡頭所使用的鏡片相同嗎？例如，LTCLHP120是否與TC12120使用相同的鏡片？
不，遠心透鏡和照明器之間存在差異，因為它們的用途也不同：遠心透鏡接受“遠心錐”，而遠心照明器（也稱為準直照明器）基本上投射平行光束。
► LTCLHP系列產品是否提供景深參數？
由於 LTCLHP 照明器是非成像組件，景深意義不大：準直照明器必須始終與遠心鏡頭配合使用，因此不能像普通獨立照明器那樣列出視場深度和其他光學規格。
► 為什麼沒有列出準直源的發散度？
由於LTCLHP照明器必須與遠心透鏡配合使用，因此光學系統孔徑僅取決於遠心透鏡的光闌；正因如此，準直光源的發散角並非相關參數。照明器的發散角範圍為0.1°至1°；LED光源的準直度低於雷射光束準直器，而雷射光束準直器由於衍射效應會嚴重影響測量精度，因此無法有效應用於機器視覺應用。
► 當將 LTCLHP 照明器與其相容的遠心透鏡連接時，遠心透鏡的視場深度會發生什麼變化？
使用準直光源可使遠心鏡頭的自然景深增加約 20% 至 30%，但這也取決於其他因素，例如鏡頭類型、光源顏色、像素尺寸以及景深計算方法。由於照明器的輸出數值孔徑 (NA) 小於遠心鏡頭的物鏡數值孔徑 (N)，因此在保持與實際遠心鏡頭數值孔徑相同的影像解析度的同時，該光學系統在景深方面表現得如同鏡頭與照明器具有相同的數值孔徑一樣。
► 為什麼 LTCLHP 系列產品文件中沒有包含照明均勻性圖表？
單憑光源的均勻性意義不大：真正重要的是照明器與遠心透鏡組合所提供的影像亮度均勻性。這種組合方式所保證的照明均勻性通常遠低於±10%的偏差。
► 為什麼建議這些產品使用綠色照明？
所有工作在可見光範圍內的鏡頭，包括OE遠心鏡頭，在整個可見光譜範圍內均實現了消色差。然而，與鏡頭畸變和遠心性相關的參數通常針對可見光範圍中心波長（即綠光）進行了最佳化。此外，在綠光範圍內，由於消色差幾乎完美，解析度往往更高。「綠色」也比「紅色」更好，因為較短的波長範圍可以提高透鏡的衍射極限和可達到的最大解析度。
► 為什麼 OE® 遠心鏡片不整合光圈？
我們的增距鏡鏡頭沒有光圈，但我們可以根據客戶要求在出貨前輕鬆調整光圈，不會為客戶帶來任何額外費用或延誤。我們的鏡頭不帶光圈的原因有很多，所以更恰當的問題應該是“為什麼其他製造商要整合光圈？”
♦ 添加光圈會增加鏡頭的成本，因為這項功能在產品生命週期內可能只會使用一兩次。
♦ 虹膜插入會降低機械結構的精確度，並大幅惡化光學對準效果。
♦ 我們無法在客戶使用的相同光圈下測試鏡頭。
♦ 虹膜位置的精確度遠低於金屬片光圈：這會對遠心性產生顯著影響。
♦ 虹膜幾何形狀為多邊形而非圓形：這會改變主光線在視野中的傾斜角度，進而影響鏡頭變形和解析度。
♦ 虹膜的居中精度不如固定圓形光圈：正確的居中對於確保鏡頭良好的遠心性至關重要。
♦ 只有圓形固定光圈才能使所有鏡頭的亮度相同
♦ 可調光圈通常不是平面的，這會導致光圈位置的不確定性，而這在使用遠心鏡頭時至關重要！
♦ 光圈是運動部件，在大多數工業環境中都可能有危險。振動很容易導致機械結構損壞或改變鏡頭光圈。
♦ 用戶可能會意外更改光圈設置，這將改變系統的原始配置。
♦ 最終用戶更喜歡MV系統中選項較少、需要調整的參數也較少的系統。
♦ 小於 OE 標準提供的孔徑是沒有意義的，因為衍射極限會導致解析度下降；另一方面，更大的孔徑會導致景深減小。
OE鏡頭的標準光圈旨在優化影像解析度和景深。
► 為什麼 OE® 遠心鏡頭沒有對焦機構？
與光圈類似，對焦機構會在鏡頭的活動部件中產生機械間隙，從而降低光學系統的居中精度，並導致梯形畸變。另一個問題是徑向畸變：只有當光學元件之間的距離設定在特定值時，才能將遠心鏡頭的變形控制在較小範圍內；任何元件偏離正確位置都會增加鏡頭變形。對焦機構使得光學系統內各鏡片的位置變得不確定，畸變值也變得未知：因此，實際畸變值將與我們在品質控制過程中獲得的值有所不同。
► 光圈值、工作光圈值和數值孔徑
數值孔徑 = sin(θ)
其中，θ 是進入或離開光學系統的光線所對的錐角的一半。 F/# 定義為透鏡孔徑 (D) 與其焦距 f 的比值。
F/# = f/D
對於較小的 theta 值：
F/# = 1 /(2 *數值孔徑)
因此
數值孔徑 = 1/(2 * F/#)
請注意，數值孔徑（以及 F 值）同時適用於像空間和物空間，因為它們可以定義入射光線和出射光線的錐角。通常，F 值指的是像空間，而數值孔徑更常用於物空間（入射光線）。在微距鏡頭（例如遠心鏡頭）中，由於物體不在無窮遠處，F 值參數失去了意義；此時應使用工作 F 值。這兩個參數在以下公式中共同構成：
工作光圈值 = (1 + 放大倍率) * 光圈值
另請注意，
數值孔徑（物）= 放大倍率 * 數值孔徑（像）
因此
工作光圈值（物）= 工作光圈值（像）/ 放大倍率。
► 遠心鏡頭景深
視野深度在我們的產品文件中有所說明：對於我們的大多數 TC 系列鏡頭，所說明的視場深度是指F/# 8 時的整體視場深度。
遠心鏡頭的放大倍率始終保持不變，不受工作距離變化的影響。因此，我們可以認為最佳焦平面位於景深中心，或者說，景深關於最佳焦平面是對稱的。
在視場深度的邊緣，影像仍然可以用於測量，但是，為了獲得非常清晰的影像，應該只考慮標稱視場深度的一半。
景深是一個複雜的參數：它取決於放大倍率、光圈值、波長、像素尺寸，以及所用邊緣提取演算法的靈敏度。因此，景深沒有客觀或標準的定義方法：它是一個主觀參數。
計算視野深度的簡單經驗法則：
場深 = (WFN * p * k) / (M * M)
M = 放大倍率；
WFN = 工作焦距；
p = 像素尺寸（微米）；
k = 應用特定參數
k 參數取決於應用類型。對於遠心測量應用，合理的 k 值為 0.008；而對於缺陷檢測，k 值應設定為 0.015 左右。
在特定的放大倍率和工作焦比下，我們鏡頭的雙遠心特性可帶來更優異的視野深度。
► 後焦距調整
許多相機被發現不符合C接口（17.52毫米）的行業標準，該標準定義了法蘭到探測器的距離（法蘭焦距）。除了機械誤差帶來的各種問題外，許多製造商也沒有充分考慮探測器保護玻璃的厚度，而無論這層玻璃多麼薄，它仍然會佔用實際的法蘭到偵測器距離。
OE® 鏡頭預設為在標稱 C 介面距離下工作；但是，我們的遠心鏡頭附帶一個墊片套件，並附有說明，指導如何將後焦距調整到最佳值。
► 帶有 OE® 照明器的 LED 脈衝
大多數 OE® 照明器可由 12 或 24 V 直流電源供電。 LED 由內部電路（微型開關電子電源）驅動，從而確保光通量穩定性和安全運行條件。
設備背面的微調器可調節 LED 的電流，進而調節光通量。當客戶需要脈衝光源以應對極短的曝光時間時，可以透過連接第三條獨立的電纜直接驅動 LED。脈衝模式下的電氣參數請參閱我們的產品手冊。
當使用LTCLHP系列準直光源並配合遠心透鏡時，光源發出的所有光線均由遠心透鏡收集，從能量平衡的角度來看，這種配置效率極高。探測器被充分照亮，因此無需脈衝操作即可實現極短的積分時間。
► 衍射極限和使用小像素探測器的CTF
許多整合商使用像素尺寸很小的高解析度相機，卻忽略了鏡頭的實際性能。鏡頭的解析度通常以其調製傳遞函數 (MTF) 圖來表示，該圖顯示了鏡頭對正弦圖案成像時的反應。然而，對比度傳遞函數 (CTF) 是一個更有意義的參數，因為它表示鏡頭對黑白條紋圖案成像時的對比度，從而模擬鏡頭對物體邊緣成像時的表現。
如果「t」是物體空間中白色或黑色條紋的厚度，則相關的空間頻率w（通常以線對/毫米表示）計算如下：
w = 1/2t。
對於任意給定的 w 值，對比計算如下：
CTF(w) = (Iw - Ib) / (Iw + Ib)
其中 Iw 和 Ib 分別是影像平面上可測量的白色和黑色條紋的最大強度（或「灰階」）。 CTF
受衍射限制，且此限制隨 F 值增加而降低：對於給定的空間頻率 ω，當工作 F 值減小時，CTF 增大。
同時，CTF 也取決於波長範圍：波長越短，CTF 越高。將 CTF 表示為這些參數的函數，可得：
CTF = CTF (w , WFN, lambda)
w = 空間頻率，單位為線對/毫米
WFN = 工作 F/#
λ = 波長（單位：毫米）
「截止頻率」定義為滿足以下條件的 w 值：
CTF = 0
這種情況發生在
w = 1/(WFN * lambda)
例如，工作光圈為 F/# 8 且工作波長為綠光（λ = 0.000587 mm）的 TC 系列鏡頭，其截止頻率為：
w(截止) = 1/(8 * 0.000587) = 213 lp/mm
這相當於像素尺寸約為 1/(2*213) = 2.3 微米。
理論上，人們不希望鏡頭在像素空間頻率下產生非常小的對比度（CTF）；然而，較小的像素尺寸似乎有助於降低雜訊並更好地定義物體輪廓。
因此，儘管解析度的提升幅度小於像素尺寸的提升幅度（因為空間頻率增加時CTF曲線會下降），但使用小像素仍然有一些充分的理由。此外，邊緣偵測是在二維空間中進行的（因此，略微減小像素尺寸可以顯著增加特定影像區域內的像素數量，並可能提高邊緣偵測的效率）。
► F卡口介面與反沖
許多用於標準攝影鏡頭的標準F卡口轉接器都會受到反沖的影響：F卡口介面本身就具有彈性，因為它是基於預緊彈簧。 F卡口是商業標準而非工業標準，因此沒有客觀的標準來定義彈簧預緊力或精確的機械公差。
由於F卡口介面具有彈性，如果連接鏡頭的相機較重且系統受到震動，則可能會出現問題（顯然，不建議僅透過相機F卡口固定鏡頭）。以下
是一些可能克服反沖的方法：
♦ 同時擋住攝影機；
♦ 嘗試不同的相機轉接器；
♦ 增加彈簧的預緊力。
► 圖案塗層的類型
OE® 提供雷射雕刻和光刻技術圖案，用於投影或畸變校準。
雷射雕刻
在玻璃基板上沉積多層介電材料，形成類似鋁塗層的「二向色性」鏡。然後使用雷射去除基板的部分區域，使光線穿過刻蝕後的表面區域。技術
快速、成本低廉，但精度不高，因為雷射光斑邊長為30-40微米，無法精確測定實際幾何解析度。
光刻
玻璃基板上鍍有一層鉻層。採用與電子電路板製造類似的技術，將光敏電阻放置在鉻層上，然後進行紫外線顯影。之後用酸去除未顯影的光敏電阻區域，從而在玻璃表面留下所需的鉻圖案。由於紫外線顯影是由高精度繪圖儀完成的，因此可以輕鬆實現數十毫米表面上幾微米的幾何精度。
圖案邊緣的粗糙度也非常有限，粗糙度在 1.5 微米或以下。
► 準直光會引起干涉效應嗎？
如果您需要偵測具有曲面邊緣的物體，準直光是最佳選擇；因此，我們的客戶廣泛使用這種照明技術，尤其是在測量軸、管、螺絲、彈簧、O 形環和類似樣品時。然而，由於輻射源的部分相干性以及這種照明方式固有的物理特性，準直光會產生干涉效應，包括相消干涉和相長干涉。
這些效果表現為影像亮度分佈與標準照明器（例如普通背光）所預期的亮度分佈不同，後者可以提供完全均勻的邊界，但同時也不能有效地用於其他類型的物體（例如圓柱體形狀）。
影像處理庫通常能夠補償物體邊緣附近過高或過低的亮度（較亮的邊界或擴大的陰影區域），從而將尺寸分析調整為標準照明條件。
如果要測量形狀和表面變化很大的物體，則需要改變影像處理參數：透過漫射、反射或阻擋入射光，物體成為光學系統的一個組成部分。
從這個意義上講，非接觸式光學測量檢查的是被測物體引起的擾動：當測量（在任何照明條件下）兩個維度相同但表面紋理不同的物體時，就可以注意到這一點。
