7、机器人视觉技术：原理、组件与应用

机器人视觉技术：原理、组件与应用

1. 镜头方程与成像构建

在机器人视觉系统中，镜头是重要的组成部分。镜头方程描述了物距（a）、像距（b）和焦距（f）之间的定量关系，其表达式为：
[
\frac{1}{f} = \frac{1}{a} + \frac{1}{b}
]
对于会聚透镜，焦距f为正；对于发散透镜，焦距f为负。此外，线性透镜放大率方程表示了像距与物距之比，以及像高与物高之比的关系，表达式为：
[
m = -\frac{b}{a}
]

构建物体的图像时，使用特征光线是最简单的方法。以会聚透镜为例，有以下三条特征光线：
- 平行于光轴到达透镜的光线，穿过透镜后就好像是从焦点F’发出的。
- 通过透镜中心的光线不发生折射，直接穿过透镜且方向不变。
- 本应通过物体焦点F的光线，穿过透镜后平行于光轴。

这些折射光线的延长线相交于一点，从而得到物体的图像。对于会聚透镜，从一个实际高度为y的物体可以得到一个虚像，该虚像缩小且正立。

2. 照明技术

在设计机器视觉应用时，选择合适的照明类型至关重要。合适的光源方案可以提高系统的准确性、可靠性，并减少响应时间。以下是机器视觉中常见的照明技术：
|照明类型|特点|应用场景|
| ---- | ---- | ---- |
|漫射前照明|光源与相机位于同一侧，产生大面积均匀照明，消除阴影并减少镜面反射影响|适用于需要均匀照明的场景|
|定向前照明|通常形成亮场和暗场，暗场照明常用于照亮光滑表面另一侧的凹槽或瑕疵|用于检测表面缺陷|
|偏振照明|通过安装两