机器视觉之棱镜相机

原理粗略

棱镜相机的原理主要是通过棱镜分光技术，将入射光线分配到不同的通道中，每个通道的图像可以在运动时或在不同的测量视角下实现像素级的对准精度。

在基于棱镜的相机中，棱镜块由硬二向色涂层组成，它们本质上是干涉滤光片。这些滤光片负责对入射光进行初级分离。

棱镜类型

1、反射棱镜

工作原理实际上是光的反射定律和折射定律。光在相同介质中发生反射时，其反射角和入射角相等；光由一种介质垂直两介质平面入射到另一种介质时，不会发生折射。在采用一个反射棱镜时，仪器接收到的返回光量会减弱。实际应用中在进行长距离测量时使用多个反射棱镜。

2、偏转、旋转和偏移棱镜

偏转光线路径的棱镜，或将图像从其原始轴偏移，在很多成像系统中很有帮助。光线通常在45°、60°、90°和180°角度偏转。这有助于聚集系统大小或调整光线路径而不影响其余的系统设置。旋转棱镜，例如道威棱镜，用于旋转倒位后的图像。偏移棱镜保持光线路径的方向，还会将其关系调整为正常。

3、偏光棱镜

常见变体包括格兰-傅科偏振器，由两个相同的棱镜方解石切割与光轴平行的角边，并安装有一个小的空气间隙，以便长的晶面彼此平行。此棱镜是透明的波长范围从大约230纳米，在紫外区的光谱，超过5000纳米的红外辐射。这样一个广泛的波长传输范围使格兰-傅科棱镜，利用各种仪器。尼科尔棱镜一样，撞击格兰-傅科棱镜的入射光被分成普通和特殊的波振动的平行或垂直于光轴。然而，在这种情况下，划分的光波通过棱镜的旅行没有折射，直到遇到玻璃/空气界面，随后的常光线的全内反射，但异常光线通过的边界，只有轻微的偏差。

4、色散棱镜

根据棱镜基片的波长和反射率，棱镜色散取决于棱镜的几何及其折射率色散曲线。小偏向角决定入射光线和投射光线之间的小夹角。绿色光的波长偏离超过红色，蓝色比红色和绿色多；红色通常定义为656.3nm，绿色为587.6nm和蓝色为486.1nm。

多光谱棱镜相机

多光谱棱镜相机可通过将入射光线分光投射到两个不同的传感器上，同时执行可见光和近红外(NIR)光检验：一个是可见光彩色通道（波长400-700纳米），另一个是NIR通道（波长750-900+纳米）。

通过此功能，可使用单个相机同时检验可见元素、次表面缺陷或者以NIR波长进行检验的其他信息。

多光谱相机是检验纸币、纺织品、电路板和果蔬等有机产品的理想选择。

分光棱镜相机

分光棱镜成像是通过棱镜将入射的复合光束分解成多光谱光束或改变光束方向，然后通过多个感光芯片获取不同光谱或动态范围图像的技术。

这种技术的优势在于，当相机和被拍摄表面形成一定的角度时，不需要再对传感器进行“空间补偿”；即使是拍摄粗糙不平的表面，也不会在多个传感器上出现“视差”的问题。利用这种技术搭建的成像系统安装极为简便、精度高、成本低，可以完全取代多台相机的成像方案。

棱镜分光成像技术，为半导体晶片及果蔬、食物、包装内部等材料的检查提供有效的辨别检测手段 。

光路原理

它将可见光到短波段红外（SWIR）波段的光谱段，在可见光和SWIR、可见光波段内或SWIR波段内进行分光。

应用场景

采用的棱镜技术，可将入射光分割成RGB各波长，再投射到高精度配置的各CCD。因此，棱镜相机具有高精度的色彩还原性，基于波长间分离度的高分光感度特性（低混色），可输出极高精度的彩色图像数据，高动态HDR影像，同时具有高度的空间分辨率，可进行高精度的边缘检测，可识别检测对象的细微部分。

基于以上特点，多应用与水果、蔬菜等植物的检测，硬币、纸币的检测，纺织品、塑料的检测，LED、熔接、玻璃的检测及太阳电池板的制造，工业炉、加热后的金属的监控等场景。