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理想光學系統

理想光學系統是能產生清晰的、與物完全相似的像的成像系統。光束中各條光線或其延長線均交于同一點的光束稱為同心光束。入射的同心光束經理想光學系統后，出射光束必定也是同心光束。入射和出射同心光束的交點分別稱為物點和像點。

理想光學系統具有下述性質：①交于物點的所有光線經光學系統后，出射光線均交于像點。反之亦然。這一對物像可互換的點稱為共軛點。②物方的每條直線對應像方的一條直線稱共軛線；相對應的面稱共軛面。③任何垂直于光軸的平面，其共軛面仍與光軸垂直。④對垂直于光軸的一對共軛平面，橫向放大率為常量。研究理想光學系統上述物像兩方一一對應關系的理論稱為高斯光學。首先由德國科學家C.高斯在1841年的著作中闡明。實際上不存在真正的理想光學系統。共軸球面系統在近軸條件下可近似滿足理想光學系統的要求。

光學方案中又有多種光學原理，其中現階端常見的是：光波導和半反半透。目前包括Magic Leap在內的AR頭顯大都采用光波導顯示技術，該技術的原理是微顯示屏向光波導的一側投射光線，通過全內反射原理，光線會在光波導內反射和傳播，然后從另一邊反射出來，終反射到用戶眼中。

光波導的優勢是可以實現較小的機身體積，而劣勢則是圖像質量存在部分問題。此外，光波導光學效率較低，對微顯示屏的要求也更高，現有光波導主要配合LCoS和Micro OLED微顯示屏。

而半反半透雖然比光波導設計起來要復雜，但原理更簡單，而且成本遠低于光波導方案。Daniel表示：一個常見的誤區是，即使是在追求大FOV的前提下，采用半反半透光學的AR眼鏡也可以比meta 2的體積更小。

從項目經驗來看，針對不同的檢測樣品，通常需要采用不同的打光方式才能得到理想的圖像，能凸顯目標物特征。但也有某些樣品使用多種不同類型的光源都可以適用，能得到理想的圖像特征。如小范圍的字符識別，可能是條形光源、無影光源、環形光源、同軸光源等都可以適用。而有些樣品，則可能只能有一種光源能適用，甚至有時需要采用組合光源的方式才能得到理想的特征。因此除了必須的理論知識外，平時的經驗積累也是相當重要的。

機器視覺系統的核心部分是圖像采集和圖像處理，圖像本身的質量對整個視覺系統的影響極為關鍵。而照明光源則是決定整個機器視覺系統圖像質量的因素，通過選擇合適的光源，可以使圖像中的目標特征與背景信息得到分離，從而大大降低圖像處理的難度，提高系統的穩定性和可靠性。

在機器視覺系統中，光源的作用：

1、突出測量特征，簡化圖像處理算法。

2、克服環境光的干擾，提高圖像信噪比。

3、提高視覺系統的定位、測量、識別精度，以及系統的運行速度。

4、降低系統設計的復雜度。

在機器視覺系統中，較為常見的視覺光源一般有高頻熒光燈、光纖鹵素燈、氙氣燈、LED光源。而LED光源則為常用，且在機器視覺光源領域占據主導地位，成為機器視覺系統集成的光源。具有特點：

1、發光，耗電量小，使用壽命長，工作溫度低。

2、新火種照明的LED光源安全可靠性強。

3、反應速度快，單元體積小，綠色環保。