在工业视觉检测中，性能设计好的镜头在机台上使用时引入外置光学元件常有发生--无论是为了保护镜头、实现分光检测，还是被测物特性。通常，由于这些隔层是透光的，大家会忽略这些元件对成像的影响。殊不知，这才是导致实验室测试与机台测试差异的罪魁祸首。这些元件的加入导致原有光路特性改变，进而影响检测精度。今天的文章，我们为大家浅析一下两种常见的场景。

镜头与被摄物中间隔了透明保护介质（保护玻璃/亚克力等 ）

在远心镜头与被测物之间存在透明介质会改变有效工作距离。

如下图所示,在使用模拟同轴光源时，都会在原来的工作距离的基础上，把相机和镜头再拉高一点距离。这是因为模拟同轴光源中的玻璃插在空气光路中，改变了光程，因此不拉高镜头进行补偿就会导致成像失焦。

焦点偏移公式：ΔZ = d×(1-1/n)

其中d为介质厚度，n为折射率。例如，d为棱镜的厚度，n插入介质的折射率。在一个110mm工作距离的远心镜头和对象物之间，插入了一个折射率n=1.5168的20mm的方形棱镜，将导致焦点后移20mm x（1-1/1.5168）=6.814mm，那么镜头需要抬高的距离就是6.814mm。当然，如果光路需要补偿一定的距离，也可以反算出需要插入棱镜的尺寸。

注意点：刚才的公式只是入射角很小时的近似公式。

如下图，光线进入玻璃折射后，可以看到从棱镜第二个面出射方向不变（平行于第一个面的入射光线），即I1= I2’，但会产生位置偏移，且两次折射均满足折射定律：sin I1  =n sin I1’  , n sin I2 = sin I2’，我们需要抬高的距离就是图中的△L’=DG/ sin I1  。

从图中的三角形DGE可以得到DG=DE*sin(I1-I1’)，其中DE=d/cos I1’，d是棱镜的厚度，即:

再用三角函数关系sin(I1-I1’)=sin I1 cos I1’- cos I1sin I1’  代入上式得到：

而我们想得到的偏移△L’=DG/ sin I1，把上面的DG代入进去，得到:

因此，只有在近轴系统，入射角度很小时，我们把cos I 1和cos I 1’ 都看成1，那么就得到了最开始的公式。通常对于入射角度不是很大的情况（尤其是远心镜头的应用），我们可以按照这个公式计算，但是当入射角度很大时，加入了棱镜，就不容易得到一个完善的像了。

透明介质成像补偿要点

插入厚度d、折射率n的透明介质时，需抬高镜头⇒补偿量ΔZ ≈ d×(1-1/n)。

公式适用条件：入射角＜10°（远心镜头适用）；大角度需用精确公式：ΔL'=d[1-(cosI₁)/(n·cosI₁')]。

可通过以下操作避免：测量介质厚度和折射率；计算理论补偿量（优先用ΔZ公式）；实测验证成像清晰度（实验室测试时采用与机台同样的中间介质）。

被测物物体表面粘附薄膜或胶水（半导体蓝膜等 ）

实验室测试不一定能拿到被测物原片，有时会用残片或分辨率板测试镜头性能是否达标。我们知道在表面瑕疵检测中常用暗场照明，那么，采集到的图片常会呈现出背景灰度值较低，表面疵病或特征点灰度值高。

而在机台上，实际被测物可能附在膜层上，表面粘附薄膜，表面有胶。有的胶水或薄膜恰好不透可见光，或不透过，低透过表面疵病、特征点反射率较高的照明光波段。此时，在现场的测试工程师为了将被测物打亮常会增大光功率、增大增益，增大积分时间。这导致使本该灰暗的被测物背景呈现出反常的灰度值，不仅增加了不必要的噪声和后期算法的难度，更有可能会无法检测。此时，可见光照明的效果可能就差强人意了。

针对薄膜覆盖被测物的光学检测优化，建议可以根据被测物与膜层的感光特性采用以下红外穿透方案：

当薄膜在近红外波段透光率较高时，优先采用背面穿透式检测‌。典型应用场景--半导体蓝膜覆盖的晶圆检测，此方案可规避膜层表面反射干扰‌。

对于不透可见光但红外反射率较低的膜层（如黑色吸光膜），胶水，推荐使用短波红外(SWIR)同轴照明，实现正向穿透检测‌。此方式可有效获得膜下产品的表面瑕疵‌。

此外，环境光源也是导致实验室与机台成像差异的另一杀手，为消除环境光源的影响，建议采取以下措施： 

实验室操作：关闭室内照明，或在测试区域覆盖遮光布（建议使用黑色吸光材质）；优先选择暗室环境进行光学测试，特别针对曝光时间＞200ms或光源亮度＜1000lux的场景。

机台配置规范：运行期间关闭顶部照明及周边强光源；设备内部组件采用低反射材质（如黑色氧化处理的金属治具，表面反射率需＜5%）；避免镜面金属、抛光塑料等高反光材料裸露。