360°光学系统教程
仅需一台相机便可实现物体的全景拍摄
许多机器视觉应用程序需要物体表面的完整视图，因为许多需要检查的特征位于物体的侧面，而不是在物体上方。
许多柱状物体（例如不同类型的瓶子和容器，以及很多类型的机器零件）需要进行侧面检查才能够发现划痕和杂质或者扫出条形码，以及为了确保一些文字被正确印刷。
在这种情况下，最常用的方法是使用更多的相机（通常是3到4个），来确保除标准俯视图之外，还可观察到零件的几个侧视图。此种解决方案除了会增加了系统的成本外，还往往会导致系统性能受到限制，因为电子设备或者软件必须同时处理来自不同相机的不同影像。
在很多其他的情况下，机器视觉系统工程师更喜欢集成一个行扫描相机，逐行扫描物体外表面。这个方法也带来了许多技术和成本问题。由于物体必须借助一些昂贵的机械装置进行旋转，进而影响了控制速度；此外，行扫描相机不仅需要非常强大的照明，而且直线探测器的宽度也增大了光学系统的放大率，因此降低了景深。
出于这些原因，多个集成厂商都在试图寻找一种无需旋转零件即可进行单相机检测的光学解决方案。
不同类型的光学组合使得这一想法成为可能：环外侧镜头，内孔检测光学系统，折反射（多反射镜）系统和其他类型的光学探针和系统。
环外侧镜头完美地实现了系统集成商所需的功能：单张图像中即包含所有待检测的特征；这些图像通常可由软件做进一步拆解，以便获取对象的直视图，并使图像的分析变得更加容易。
外表面检测可能得益于基于使用多个反射镜系统的光学技术。 一个不同寻常的方法是用远心镜头通过物体四周的反射镜组件来观察物体。
可以获得物体的4个或更多不同侧视图，如果放置反射镜后可在每个图像中获得同样的光学路径，则物体的对焦会达到最佳。远心镜头还可确保不同的图像具有完全相同的放大倍数和一样的视角，从而允许采用完美的图像匹配软件程序；鉴于此原因，也可使用此配置进行测量。
借助多视角光学器件所提供的光学解决方案，提供了配有反射镜组件的环外侧镜头和远心镜头的诸多优势。这些多反射镜光学系统可提供同一物体的多个（4，6，8或更多）侧面视图，便于从不同的角度观察物体，这使得这些光学器件适用于外部和内部（洞）的表面检测。所有侧面图像均在同一相机拍摄中完成，所以所有相关的信息均位于同一张图像中，就如同环外侧镜头一样。
多视角光学器件还具有很好的图像分辨率，可高速采集图像，可在低F-数值对其进行操作。
用于内表面检测的光学器件
多视角光学元件可以有效地检测空腔内壁。然而，在某些情况下，其他解决方案会更有效、占用空间更小。例如，当使用孔检测光学器件来检测空腔时，获得的图像与采用环外侧镜头采集的图像类似。
与环外侧镜头类似，孔检测光学器件可进行曲面取景，而不是平面取景：孔检测光学器件可以完美地观察圆柱体空腔，进而可以有效地控制孔和容器表面。不需在零件内放置光学探针，即可通过宽广的视角来详细查看其内表面。
孔检测光学
孔检测光学器件适合大部分应用，但唯独不能垂直查看孔内壁。当观察某些带螺纹的内壁或者检测从外部看不到的空腔时，此类光学器件很有用。
在这些情况下，有必要插入光学探针。通常它是以光纤为基础组成的元件，例如纤维内窥镜、管道镜或者其他设备（集成相干光纤束以将空腔内的图像传输到相机探测器）。很不幸的是，此类装置有很大的局限性，因为最粗的纤维束所采集的像素远远不如一台低分辨率的相机。出于这个原因，当要求高对比度的图像时，必须首选直接光耦合的相机：可借助配有特殊微距镜头的光学探针来实现此功能，通过球面镜或者非球面镜来查看孔内壁。此类解决方案可在特定厚度范围内检测到微小瑕疵：如果检测被限制在某一特定深度的孔内，则假如使用此类光学探针的话，就不必在整个深度内扫描空腔了。
如果腔内的瑕疵很小，应当用高倍率的光学元件检测这些瑕疵。由于一个相机只能检测到内表面的一小部分，因此探针在从外到里检测的同时还要在每个位置进行360°全景拍摄。
采用这种方法，除了需要使用一个精确的定位系统来移动探针外，还需要进行特定的软件运算以实现图像匹配，因为空腔的图像由众多不同的图像组成，而这些图像是通过扫描孔四周表面而形成的。
