[发明专利]虚拟机器视觉系统中虚拟镜头制作方法及系统

说明书

本申请涉及机器视觉与虚拟现实技术领域，提供了一种虚拟机器视觉系统中虚拟镜头制作方法及系统，包括以下步骤：获取镜头模型；模拟所述镜头模型参数并调整，优化所述镜头模型；根据优化后的所述镜头模型，获取景深长度，并模拟景深效果，得到虚拟镜头。本申请在虚拟机器视觉系统的软件当中调节工业相机镜头参数即完成镜头更换，调节参数达到不同实验所需的不同成像效果即可，对于不同教学过程的实用性较高，并且可让用户直观感受参数的变化带来的影响，起到了很好的示教作用。本申请的虚拟镜头相较于传统图像采集单元的工业相机镜头成本较低，且在虚拟机器视觉系统当中的模拟效果与真实效果较为接近。

技术领域

本申请涉及机器视觉与虚拟现实技术领域，具体为一种虚拟机器视觉系统中虚拟镜头制作方法及系统。

背景技术

虚拟现实是虚拟和现实相互结合。从理论上来讲，虚拟现实技术（VR）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，使用户沉浸到该环境中。虚拟现实技术就是利用现实生活中的数据，通过计算机技术产生的电子信号，将其与各种输出设备结合使其转化为能够让人们感受到的现象，这些现象可以是现实中真切的物体，也可是我们肉眼所看不到的物质，通过三维模型表现出来。

视觉系统就是用机器代替人眼来做测量和判断。视觉系统是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，常分COMS和CCD两种）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。传统的机器视觉系统如图3所示，传统机器视觉系统由光学组件、图像采集单元以及计算机单元组成。

工业相机镜头在机器视觉系统当中有着非常重要的地位，其对光线的控制效果直接影响到工业相机成像面上的成像效果，间接影响到了后续图像处理的效果，即影响到整个机器视觉实的准确度和完整度。其关键参数：

(1)Working Distance（工作距离）：指镜头到物件的实际距离。

(2)Field Of View（视场）：指镜头可以观测到的物体可视范围。

(3)Resolution（分辨率）：指相机和镜头拍摄物体细节能离开的大小，即成图当中像素点的数量。分辨率的表示方法常用其宽高两个方向上的像素个数之比，如540p：960*540；720p：1280*720。

(4)Depth Of Field（景深）：指相机镜头前沿可取得清晰图像的成像所测定的被摄物体前后距离范围（在最小工作距离到最大工作距离之间的范围称为景深）。即被拍摄物体对焦点（focus point）平面处的景物，在胶片上会形成清晰影像，在对焦点平面的前方某处到其后方某处有一个范围，其内的景物都能形成清晰影像，这一范围称为景深，讨论景深，一般我们用“深浅”形容，即浅景深（narrow depth of field）或大景深(large depthof field)。通常情况下，浅景深的图片，其拍摄的清晰部分都是距离较近的部分，而大景深的图片，如图4所示，无论场景远近都是清晰部分。

(5)Circle Of Confusion（弥散圆）：当我们对焦时，其实只有一个平面是真正合焦的。这个平面与像平面（可以简单理解为胶片或者传感器平面）平行。凡是在这个平面之前或者之后的都不是合焦状态。如图5所示，合焦平面上物体某点发出不同角度的光在像平面成像都汇聚于一点，而非合焦物体的某点发出不同角度的光会落在像平面不同点上，形成一个模糊圆，这个圆术语叫做弥散圆（circle of confusion）。所以没有对上焦的东西，在底片上看起来就是模糊的。如果拍的是一个灯泡的话，就会看起来像是一个圈。

如图6为弥散圆和对焦距离的关系，非合焦平面1距离合焦平面较远，其在像平面弥散圆越大，而非合焦平面2距离合焦平面较近，像平面上弥散圆较小。因此离合焦平面得越近，弥散圆就越小。