機器視覺--鏡頭

時間 2019-11-19

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遠心鏡頭和相機的匹配選擇原則：鏡頭靶面的規格大於或等於相機的靶面。

鏡頭分類

(1) 按外形功能分類

可分爲球面鏡頭、非球面鏡頭、針孔鏡頭、魚眼鏡頭等。

(2) 按尺寸大小分類

可分爲1英寸、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸等。

攝像頭鏡頭規格應視攝像頭的CCD尺寸而定，二者應相對應，即攝像頭的CCD靶面大小爲1/2英寸時，鏡頭應選1/2英寸。攝像頭的CCD靶面大小爲1/3英寸時，鏡頭應選1/3英寸。攝像頭的CCD靶面大小爲1/4英寸時，鏡頭應選1/4英寸。若是鏡頭尺寸與攝像頭CCD靶面尺寸不一致時，觀察角度將不符合設計要求，或者發生畫面在焦點之外等問題。

(3) 按鏡頭光圈分類

可分爲手動光圈（manual iris）和自動光圈（auto iris），配合攝像頭使用，手動光圈鏡頭適合於亮度不變的應用場合，自動光圈鏡頭因亮度變動時其光圈亦做自動調整，故適用亮度變化的場合。

(4) 按變焦類型分類

根據焦距可否調節，可分爲定焦距鏡頭和變焦距鏡頭兩大類。依據焦距的長短，定焦距鏡頭又可分爲魚眼鏡頭、短焦鏡頭、標準鏡頭、長焦鏡頭四大類。須要注意的是焦距的長短劃分並非以焦距的絕對值爲首要標準，而是以像角的大小爲主要區分依據，因此當靶面的大小不等時，其標準鏡頭的焦距大小也不一樣。變焦鏡頭上都有變焦環，調節該環可使鏡頭的焦距值在預約範圍內靈活改變。變焦距鏡頭最長焦距值和最短焦距值的比值稱爲該鏡頭的變焦倍率。變焦鏡頭有可分爲手動變焦和電動變焦兩大類。
　　變焦鏡頭因爲具備可連續改變焦距值的特色，在須要常常改變攝影視場的狀況下很是方便使用，因此在攝影領域應用很是普遍。但因爲變焦距鏡頭的透鏡片數多、結構複雜，因此最大相對孔徑不能作得太大，導致圖像亮度較低、圖像質量變差，同時在設計中也很難針對各類焦距、各類調焦距離作像差校訂，因此其成像質量沒法和同檔次的定焦距鏡頭相比。

變焦距鏡頭	定焦距鏡頭
手動變焦電動變焦	魚眼鏡頭短焦鏡頭標準鏡頭長焦鏡頭

　　實際中經常使用的鏡頭的焦距是從4毫米到300毫米的範圍內有不少的等級，如何選擇合適焦距的鏡頭是在機器視覺系統設計時要考慮的一個主要問題。光學鏡頭的成像規律能夠根據兩個基本成像公式牛頓公式和高斯公式來推導，對於機器視覺系統的常見設計模型，咱們通常是根據成像的放大率和物距這兩個條件來選擇合適焦距的鏡頭的，在此給出一組實用的計算公式：

放大率：m=h’/h=L’/L	物距：L = f(1+1/m)
像距：L’= f(1+m)	焦距：f = L/(1+1/m)
物高：h = h’/m = h’(L-f)/f	像高：h’ = mh = h(L’-f)/f

(5) 按焦距長短分類

可分爲長焦距鏡頭、標準鏡頭、廣角鏡頭、變焦距鏡頭等。長焦距鏡頭因入射角較狹窄，故僅能提供狹窄視景，適用於長距離監視；標準鏡頭，即中焦距鏡頭，焦距的長度視CCD的尺寸而定。廣角鏡頭，即短焦距鏡頭，因入射角較寬，可提供一個較寬廣的視野。變焦距鏡頭一般爲電動式，可做廣角、標準或遠望等鏡頭使用。

(6) 特殊用途鏡頭

· 顯微鏡頭（Micro），通常是指成像比例大於10:1的拍攝系統所用，但因爲如今的攝像頭的像元尺寸已經作到3微米之內，因此通常成像比例大於2:1時也會選用顯微鏡頭。

· 微距鏡頭（Macro），通常是指成像比例爲2:1～1:4的範圍內的特殊設計的鏡頭。在對圖像質量要求不是很高的狀況下，通常可採用在鏡頭和攝像頭之間加近攝接圈的方式或在鏡頭前加近拍鏡的方式達到放大成像的效果。

· 遠心鏡頭（Telecentric），主要是爲糾正傳統鏡頭的視差而特殊設計的鏡頭，它能夠在必定的物距範圍內，使獲得的圖像放大倍率不會隨物距的變化而變化，這對被測物不在同一物面上的狀況是很是重要的應用。

· 紫外鏡頭（Ultraviolet）和紅外鏡頭（Infrared），通常鏡頭是針對可見光範圍內的使用設計的，因爲同一光學系統對不一樣波長的光線折射率的不一樣，致使同一點發出的不一樣波長的光成像時不能會聚成一點，產生色差。經常使用鏡頭的消色差設計也是針對可見光範圍的，紫外鏡頭和紅外鏡頭便是專門針對紫外線和紅外線進行設計的鏡頭。

(7) 特殊用途鏡頭

鏡頭和攝像頭之間的接口有許多不一樣的類型，工業攝像頭經常使用的包括C接口、CS接口、F接口、V接口、T2接口、徠卡接口、M42接口、M50接口等。接口類型的不一樣和鏡頭性能及質量並沒有直接關係，只是接口方式的不一樣，通常能夠也找到各類經常使用接口之間的轉接口。

· C接口和CS接口是工業攝像頭最多見的國際標準接口，爲1英寸－32UN英制螺紋鏈接口，C型接口和CS型接口的螺紋鏈接是同樣的，區別在於C型接口的後截距爲17.5mm，CS型接口的後截距爲12.5mm。因此CS型接口的攝像頭能夠和C口及CS口的鏡頭鏈接使用，只是使用C口鏡頭時須要加一個5mm的接圈；C型接口的攝像頭不能用CS口的鏡頭。

· F接口鏡頭是尼康鏡頭的接口標準，因此又稱尼康口，也是工業攝像頭中經常使用的類型，通常攝像頭靶面大於1英寸時需用F口的鏡頭。

· V接口鏡頭是著名的專業鏡頭品牌施奈德鏡頭所主要使用的標準，通常也用於攝像頭靶面較大或特殊用途的鏡頭

焦距
主點到焦點的距離稱爲光學系統的焦距，這是鏡頭的重要參數之一，它決定了像與實際物體之間的比例。在物距必定的狀況下，要獲得大比例的像，則要求選用長焦距的鏡頭。
如圖2所示，自物方主點H到物方焦點F的距離稱爲物方焦距或前焦距f；相似地，自像方主點H '到物方焦點F '的距離稱爲物方焦距或前焦距f '。其定義具備方向性，若是主點到焦點的方向與光線的方向一致，則焦距爲正；反之則爲負。圖2中所示的狀況，像方焦距f '>0，物方焦距f '<0。若是系統兩側的介質相同，則f '=-f。html

相對孔徑與光圈數F數
相對孔徑爲入瞳直徑與焦距的比值D/f ' ，它主要影響像面的照度，照相鏡頭像面的照度與相對孔徑的平方成正比。爲了知足景物較暗時攝影的須要，或者爲了對高速運動物體攝影，要求採用很短的曝光時間，它們都要求提升像面的照度，所以就須要採用大的相對孔徑。
鏡頭一般採用光圈數F來表示通光孔徑的大小，光圈數F數爲相對孔徑的倒數，即F=f ' / D前端

視場角（FOV：Field of view）與像面尺寸
鏡頭的視場角決定了被拍攝景物的範圍。因爲攝影系統通常是對遠處景物成像，因此其像面一般位於焦平面附近，所以像面大小與視場角2W ' 的關係可表示爲公式y ' =f ' tanW '
公式中y ' 應該是像面區域的半徑。
目前，工業相機一般使用CCD或者CMOS傳感器做爲像面接收器，有面陣和線陣兩種，其工做區域的形狀分別爲矩形或線形，傳感器的工做區域必須包含在鏡頭所肯定的像面圓形區域以內。在鏡頭的參數中，也常用傳感器的大小來表示視場大小。
面陣傳感器是由許多像素單元組成的一個矩形陣列，每一個像素單元都是一個方形傳感器。面陣傳感器的大小一般是以其對角線的長度來表示的。目前經常使用的面陣傳感器有：app

	1英寸函數	2/3英寸性能	1/2英寸測試	1/3英寸ui	1/4英寸spa
對角線(mm)設計	163d	11	8	6	4
幅面尺(mm)	12.8×9.6	8.8×6.6	6.4×4.8	4.8×3.6	3.6×2.7

　　線陣傳感器也是由許多像素單元組成，與面陣傳感器不一樣的是，這些像素單元排成一個單列。線陣傳感器的大小則是以像素單元的數量和大小來表示的。線陣傳感器的規格有1K、2K、4K、8K、12K等，像素單元有5µm、7µm、10µm、14µm等。
對於同一個傳感器，長焦距的鏡頭只能有較小的視場角，能對遠處景物拍攝得比較大的像，適宜於遠距離攝影，故常稱之爲望遠鏡頭；而短焦距的鏡頭則有較大的視場角，能將近處較大範圍內的景物攝入像面，故又稱之爲廣角鏡頭，視場角更大的又稱爲魚眼鏡頭；介於兩者之間，焦距屬於中等，約等於幅面對角線長度的鏡頭，稱之爲標準鏡頭。

工做波長
光學鏡頭都是針對必定波長範圍內的光波工做，自物面發出的光波，在此波長範圍內的，可以經過鏡頭在像面上成一清晰像，並且能量衰減較小；而在此範圍外的光波，則難以校訂像差，成像質量差，分辨率低，並且能量衰減很大，甚至被光學介質材料所吸取，徹底不能經過鏡頭。
光就其本質來講就是電磁波，按照波長一般將其劃分紅不一樣的光譜波段，以下表所示：

波段		符號	波長(nm)
紫外 (UV) 100～380	真空紫外	VUV	100~200
	遠紫外	FUV	200~280
	中紫外	Middle UV	280~315
	近紫外	Near UV	315~380
可見 (VIS) 380~780	紫	Violet	380~424
	藍	Blue	424~486
	藍綠	Blue green	486~517
	綠	Green	517~527
	黃綠	Yellow green	527~575
	黃	Yellow	575~585
	橙	Orange	585~647
	紅	Red	647~780
紅外 (IR)780nm~1mm	近紅外	NIR	780nm-3mm
	中紅外	MIR	3mm-50mm
	遠紅外	FIR	50mm-1mm

分辨率
分辨率是評價鏡頭質量的一個重要參數，定義爲在像面除鏡頭在單位毫米內可以分辨開的黑白相間的條紋對數，如圖4所示，

圖4 分辨率條紋

分辨率爲1/2d，其中，d爲線寬。分辨率的單位爲爲lp/mm（線對/毫米）。
在理想成像鏡頭的焦平面上能分辨開來的二條紋之間的相應間距

其倒數即爲理想鏡頭的分辨率

　　公式中，λ爲中心波長，單位爲毫米。可見，理想鏡頭的分辨率徹底由相對孔徑所決定，相對孔徑越大，F/#越小，分辨率就越高。按此公式決定的只是視場中心的分辨率，在視場邊緣，因爲成像光束的孔徑角比軸上點小，所以分辨率有所下降。
實際的攝影鏡頭，因爲有比較大的剩餘像差，其分辨率要比理想鏡頭的分辨率低得多。所以，一般使用調製傳遞函數（MTF：Modulation Transfer Function）來表徵鏡頭的實際分別率。調製傳遞函數MTF定義爲在必定空間頻率時像面對比度與物面對比度之比，這裏空間頻率以單位毫米內的線對數來表示，其單位爲lp/mm。對於一個鏡頭，不一樣的空間頻率處的MTF是不一樣的，通常來講，隨着空間頻率的增大，MTF愈來愈小，直至爲零，MTF爲零時的空間頻率稱爲鏡頭的截止頻率。一些鏡頭廠家爲了表示方便，一般也以鏡頭的截止頻率來替代MTF，用以表示鏡頭的分辨率。
在實際工業應用中，系統使用面陣或線陣傳感器做爲成像器件，所以系統的分辨率一般也會受到成像傳感器中像元分辨率的限制。像元分辨率定義爲單位毫米內像素單元數的一半，即

　　其中p爲像素單元的尺寸大小，例如一個CCD的像元尺寸大小爲5×5微米，則像元分辨率則爲：

　　傳感器的像元分辨率限制了系統的最高分辨率，即便鏡頭的分辨率再高，系統也不可能分辨高於像元分辨率的細節。然而在實際使用中，因爲景深的存在，爲了使鏡頭偏離對準面仍然可以成像清晰，所以，在選擇鏡頭時，一般要求鏡頭分辨率要略高於像元分辨率，這樣才能使系統的分辨率達到傳感器所限制的最高分辨率。

畸變
對於理想光學系統，在一對共軛的物像平面上，放大率是常數。可是對於實際的光學系統，僅當視場較小時具備這一性質，而當視場較大或很大時，像的放大率就要隨着視場而異，這樣就會使像相對於物體失去類似性。這種使像變形的成像缺陷稱爲畸變。
畸變定義爲實際像高y ' 與理想像高y0 ' 之差y ' -y0 ' ，而在實際應用中常常將其與理想像高y0 ' 之比的百分數來表示畸變，稱爲相對畸變，即

　　有畸變的光學系統，若對等間距的同心圓物面成像，其像將是非等間距的同心圓。當系統具備正畸變時，實際像高y ' 隨視場的增大比理想像高y0 ' 增大得快，即放大倍率隨視場的增大而增大，則同心圓的間距自內向外逐漸增大；反之，當爲負畸變時，圓的間距自內向外逐漸減少。若物面爲如圖5（a）所示的正方形網格，那麼，由正畸變的光學系統所成的像呈枕形，如圖5（b）；由負畸變光學系統所成的像呈桶形，如圖5（c）。圖中虛線所示是理想像。

圖5 畸變
畸變在光學系統中只引發像的變形，對像的清晰度並沒有影響。所以，對於通常的光學系統，只要感受不出它所成像的變形，這種成像缺陷就無妨礙。可是對於某些要利用像來測定物體大小尺寸的應用，畸變的影響就很是重要了，它直接影響測量精度，必須予以嚴格校訂。

景深
當把物鏡調焦到某一攝影對象時，在該對象的先後能在像面上呈清晰像的範圍，稱爲景深。如圖6所示，景深就是Δ1+Δ2。像平面A’爲傳感器靶面所在平面，其共軛平面A爲對準平面。能在靶面上呈清晰像的最遠平面，即物點B1所在的平面，稱爲遠景，能在靶面上呈清晰像的最近平面，即物點B2所在的平面，稱爲近景。物點B一、B2分別成像於靶面先後，投影到靶面上成爲彌散斑，當彌散斑小到必定程度時可認爲是清晰的像。

圖6 景深

景深的計算公式爲：

式中，Δ1和Δ2分別爲遠景深度和近景深度，p、p1和p2分別爲調焦平面、遠景平面和近景平面到物鏡的距離，f '爲物鏡的焦距，F爲物鏡的光圈數， δ爲像面上可容許的彌散圓直徑，在CCD或CMOS上其最小值爲像元尺寸。
可見，景深與物鏡的焦距、光圈大小和攝影距離有關。光圈越小（F數越大），或攝影距離越大，景深就越大，但遠景深度要比近景深度大。若在同一距離用同一光圈值攝影時，焦距短的鏡頭，具備大的景深；反之，長焦距鏡頭的景深就小。

工做距離
在選擇鏡頭時，爲了肯定系統的空間尺寸，每每須要瞭解鏡頭工做時的物距、像距以及鏡頭的兩個主面之間的距離等參數。然而，物距、像距均是相對與鏡頭光學系統的主面位置而言的，而鏡頭的主面卻難以直接肯定，所以物距、像距等參數也難以直接測量獲得。因而，鏡頭廠家提出了工做距離這一參數，同時也給出了在該工做距離處鏡頭的放大倍率，以方便使用者確認系統的空間尺寸。
然而，目前對於工做距離的定義尚未造成統一意見，主要有兩種定義。第一種定義是指被攝物體到相機底片的距離；另外一種定義是指被攝物體到鏡頭前端面的距離。目前，大部分相機鏡頭廠家均採用第一種定義，所以，在沒有特殊說明的狀況下，手冊中給出的工做距離既是第一種定義。

相機接口
在光學系統中，最後一個光學鏡片表面的頂點到像面的距離稱爲後截距（BFL：Back Focal Length），對於不一樣的光學系統，其後截距都是不同的。所以在安裝鏡頭時，須要調節鏡頭到相機的相對位置，使相機底片到鏡頭最後一面頂點的距離知足後截距的要求，即便底片位於鏡頭的像平面上。
相機接口即爲相機和鏡頭的鏈接方式，同時也保證了相機和鏡頭的相對位置。早期的相機通常採用螺紋接口。隨着相機的不斷髮展，接口須要傳遞更多的數據信息，螺紋接口已不能知足相機的要求了。1959年，尼康、佳能、美能達這三大日本相機廠家各自推出了各自的相機接口，隨後賓得、萊卡、奧林巴斯等其它廠家也相繼推出的本身的相機接口。
隨着技術不斷進步，相機功能不斷完善，各個廠家的相機接口也幾經變換。目前，經常使用的一些接口類型以下表所示：

接口類型	法蘭後截距（mm）	卡口環直徑（mm）	使用卡口的品牌
C口	17.526	1（inch）
CS口	12.5	1（inch）
4/3口	38.58	46.5	Olympus、Panasonic、Leica
F口	46.5	47	Nikon
EF口	44.0	54	Canon EOS
PK口	45.5	48.5	Pentax、Ricoh
C/Y口	45.5	48	Contax、Yashica

　　在上表中，法蘭後截距（Flange Back Focal Length）是指相機接口的定位面到底片的距離，它保證了鏡頭的像面與相機的底片重合。這樣，不只爲相同接口的相機和鏡頭的鏈接提供了很是方便的方式，並且也爲不一樣接口之間的相互轉換提供了依據。

光學系統的一些計算公式
在選擇鏡頭時，一般須要瞭解一些預先給出的條件，如物距或工做距離、放大倍率等，根據這些條件，能夠大體近似推算出系統的一些主要參數，並以此做爲選擇鏡頭的參考。根據上述的高斯公式和放大率公式，咱們能夠推出下面幾個經常使用公式
物距

像距

焦距

物高

像高

鏡頭選擇
在攝影光學系統中，鏡頭是重要的一個部件，它直接決定整個系統的參數和性能。所以選擇一個合適的鏡頭，是系統設計過程當中相當重要的一步工做。在選擇過程當中，須要充分考慮以下幾個方面的因素：

目標尺寸和測量精度
傳感器尺寸和像素尺寸
放大倍率
光闌大小
工做距離
系統尺寸
工做波長
景深
畸變
攝像機接口
傳感器類型，如彩色仍是黑白、是否帶紅外濾鏡
對於電機驅動鏡頭，須要考慮驅動信號類型
是否有紅外濾波要求
環境要求，如溫度、震動、防塵等

　　攝影鏡頭的基本光學性能由焦距、相對孔徑和視場角這三個參數表徵。所以，在選擇鏡頭時，首先須要肯定這三個參數，而後考慮分辨率、景深、畸變、接口等其餘因素。
選擇鏡頭的基本步驟能夠參考如下幾條：

根據目標尺寸和測量精度，能夠肯定傳感器尺寸和像素尺寸、放大倍率以及鏡頭的傳遞函數，這可能會有好幾個選擇，所以須要選擇一個最爲合適的組合；
根據系統尺寸和工做距離，結合放大倍率，能夠大概估算出鏡頭的焦距，焦距、傳感器尺寸肯定之後，視場角也就能夠計算出來了；
根據現場的照明條件肯定光圈大小和工做波長；
肯定畸變、景深、相機接口等其餘要求。

　　至此，基本能夠肯定一款或幾款合適的鏡頭，而後再根據其它一些非技術要求選擇一個最爲合適的以供使用。

光學鏡頭通常稱爲攝像鏡頭或攝影鏡頭，簡稱鏡頭，其功能就是光學成像。在機器視覺系統中，鏡頭的主要做用是將成像目標聚焦在圖像傳感器的光敏面上。鏡頭的質量直接影響到機器視覺系統的總體性能；合理選擇並安裝光學鏡頭，是機器視覺系統設計的重要環節。

1. 鏡頭的相關參數

(1) 焦距

焦距是光學鏡頭的重要參數，一般用f來表示。焦距的大小決定着視場角的大小，焦距數值小，視場角大，所觀察的範圍也大，但距離遠的物體分辨不很清楚；焦距數值大，視場角小，觀察範圍小，只要焦距選擇合適，即使距離很遠的物體也能夠看得清清楚楚。因爲焦距和視場角是一一對應的，一個肯定的焦距就意味着一個肯定的視場角，因此在選擇鏡頭焦距時，應該充分考慮是觀測細節重要，仍是有一個大的觀測範圍重要，若是要看細節，就選擇長焦距鏡頭；若是看近距離大場面，就選擇小焦距的廣角鏡頭。

(2) 光闌係數

即光通量，用F表示，以鏡頭焦距f和通光孔徑D的比值來衡量。每一個鏡頭上都標有最大F值，例如6mm/F1.4表明最大孔徑爲4.29毫米。光通量與F值的平方成反比關係，F值越小，光通量越大。鏡頭上光圈指數序列的標值爲1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，16，22等，其規律是前一個標值時的曝光量正好是後一個標值對應曝光量的2倍。也就是說鏡頭的通光孔徑分別是1/1.4，1/2，1/2.8，1/4，1/5.6，1/8，1/11，1/16，1/22，前一數值是後一數值的根號2倍，所以光圈指數越小，則通光孔徑越大，成像靶面上的照度也就越大。

(3) 景深

      攝影時向某景物調焦，在該景物的先後造成一個清晰區，這個清晰區稱爲全景深，簡稱景深。決定景深的三個基本因素：
      光圈光圈大小與景深成反比，光圈越大，景深越小。
       焦距焦距長短與景深成反比，焦距越大，景深越小。
       物距物距大小與景深成正比，物距越大，景深越大。

(4) 光譜特性

光學鏡頭的光譜特性主要指光學鏡頭對各波段光線的透過率特性。在部分機器視覺應用系統中，要求圖像的顏色應與成像目標的顏色具備較高的一致性。所以但願各波段透過光學鏡頭時，除在總強度上有必定損失外，其光譜組成並不發生改變。

影響光學鏡頭光譜特性的主要因素爲：膜層的干涉特性和玻璃材料的吸取特性。在機器視覺系統中，爲了充分利用鏡頭的分辨率，鏡頭的光譜特性應與使用條件相匹配。即：要求鏡頭最高分辨率的光線應與照明波長、CCD器件接受波長相匹配，並使光學鏡頭對該波長的光線透過率儘量的提升。

(5) 鏡頭的分辨率

描述鏡頭成像質量的內在指標是鏡頭的光學傳遞函數與畸變，但對用戶而言，須要瞭解的僅僅是鏡頭的空間分辨率，以每毫米可以分辨的黑白條紋數爲計量單位，計算公式爲：鏡頭分辨率Ｎ＝180／畫幅格式的高度。因爲攝像頭CCD靶面大小已經標準化，如1/2英寸攝像頭，其靶面爲寬6.4mm＊高4.8mm，1/3英寸攝象機爲寬4.8mm＊高3.6mm。所以對1/2英寸格式的CCD靶面，鏡頭的最低分辨率應爲38對線／mm，對1/3英寸格式攝像頭，鏡頭的分辨率應大於50對線，攝像頭的靶面越小，對鏡頭的分辨率越高。

(6) 光圈或通光量

鏡頭的通光量以鏡頭的焦距和通光孔徑的比值來衡量，以Ｆ爲標記，每一個鏡頭上均標有其最大的Ｆ值，通光量與Ｆ值的平方成反比關係，Ｆ值越小，則光圈越大。因此應根據被監控部分的光線變化程度來選擇用手動光圈仍是用自動光圈鏡頭。

(7) 鏡頭接口

以鏡頭安裝分類全部的攝像頭鏡頭均是螺紋口的，CCD攝像頭的鏡頭安裝有兩種工業標準，分別是C-mount 和 CS-mount。二者都有一個1英寸長的螺紋，但二者不一樣在於鏡頭安裝到攝像頭後，鏡頭到傳感器之間的距離：

CS-mount：圖像傳感器到鏡頭之間的距離應爲12.5 mm

C-mount：圖像傳感器到鏡頭之間的距離應爲17.5 mm。一個5 mm的墊圈(C/CS 鏈接環) 可用於將C-mount 鏡頭轉換爲CS-mount 鏡頭

2. 鏡頭各參數間的相互影響關係

(1)焦距大小的影響狀況：

焦距越小，景深越大；

焦距越小，畸變越大；

焦距越小，漸暈現象越嚴重，使像差邊緣的照度下降；　　

(2)光圈大小的影響狀況：

光圈越大，圖像亮度越高；

光圈越大，景深越小；

光圈越大，分辨率越高； 　　

(3)像場中央與邊緣

通常像場中心較邊緣分辨率高；

通常像場中心較邊緣光場照度高；

(4)光波長度的影響：

在相同的攝像頭及鏡頭參數條件下，照明光源的光波波長越短，獲得的圖像的分辨力越高。因此在須要精密尺寸及位置測量的視覺系統中，儘可能採用短波長的單色光做爲照明光源，對提升系統精度有很大的做用。

工業鏡頭外部主要參數（視場、分辨率、工做距離、景深）介紹

人類的視覺是依靠眼睛中的晶狀體將景物的像投影在視網膜上，「花花世界」才被人類感知。相機中的傳感器（CCD或CMOS）至關於人眼中的視網膜，那麼鏡頭就至關於晶狀體，必須經過鏡頭來攝取世界萬物，人類的眼睛若是焦距出現偏差（近視眼），則會出現沒法正確的分辨事物，一樣做爲數碼相機的鏡頭，其最主要的特性也是鏡頭的焦距值。鏡頭的焦距不一樣，能拍攝的景物廣闊程度就不一樣，照片效果也迥然相異。

鏡頭通常都由光學系統和機械裝置兩部分組成，光學系統由若干透鏡（或反射鏡）組成，以構成正確的物像關係，保證得到正確、清晰的影像，它是鏡頭的核心；而機械裝置包括固定光學元件的零件（如鏡筒、透鏡座、壓圈、鏈接環等），鏡頭調節機構（如光圈調節環、調焦環等），鏈接機構（好比常見的C、CS接口）等；此外，也有些鏡頭上具備自動調光圈、自動調焦或感測光強度的電子機構。

鏡頭按焦距大小能夠分爲長焦鏡頭、標準鏡頭、廣角鏡頭等；按用途一般能夠分爲安防用鏡頭（CCTV lens）、工業自動化鏡頭（FA lens），廣播級別的鏡頭（Broadcast lens），高清晰電視用鏡頭（HD lens）；機器視覺行業內一般將鏡頭分爲宏鏡頭（macro lens）、定倍鏡頭（fixed-mag lens）、變焦鏡頭（zoom鏡頭）、遠心鏡頭（telecentric lens）、高精度或百萬像素鏡頭（High Resolution or million pixels lens）等。固然，這些分類並無嚴格的劃分界線。對於鏡頭有關的光學參數咱們能夠將焦距f、光圈係數（相對孔徑）、像方視場（即支持的CCD芯片大小）以及像差（好比畸變、場曲等）看做鏡頭的內部參數，而圖1.1所示的是一個簡單視覺系統的鏡頭外部主要參數需求，一般是用戶搭建視覺系統所最關心的，主要包括視場（FOV）、分辨率（Resolution）、工做距離（WD）和景深（DOF）。

圖1.1 簡單視覺系統鏡頭主要參數

爲了解釋清楚鏡頭參數，先簡單的介紹一點光學基礎。圖1.2展現了工業鏡頭成像的基本性質，圖中a所示假設發光體位於無限遠處（無窮遠處物體所發光被認爲是平行光），放置工業鏡頭與這些平行光垂直，這些光線將彙集在一點，這一點就是所謂的焦點。換句話說，焦點是無限遠處光源的映射。工業鏡頭與焦點之間的距離成爲焦距f。所以，若是咱們想要獲取一個CCD傳感器上的無限遠的物體，工業鏡頭與傳感器的距離就會正好是鏡頭的焦距。若是將發光體移近工業鏡頭，如圖中b所示，工業鏡頭就將光線聚焦在焦點前面，所以若是要獲取尖銳的圖像，就必須增長鏡頭與傳感器的距離。這不只僅應用於理想的薄透鏡，也能夠應用於實際由多鏡片組成的複合鏡頭。當鏡頭應用於高精度的檢測場合時，必須清楚理想薄透鏡公式與實際透鏡組計算公式。對於通常的應用，理想薄透鏡或是小孔成像原理能夠被應用到通常的視覺系統中。所以，鏡頭對焦意味着改變工業鏡頭自己與CCD傳感器的距離，距離改變靠機械裝置進行約束。

圖1.2 鏡頭成像的基本性質

圖1.3 理想薄透鏡成像

而圖1.3所示的高斯公式則是對於理想薄透鏡的基本透鏡公式。在日常使用中，咱們常常須要決定焦距。其基本公式爲：

（公式1.1）

（公式1.2）

經過以上兩式能夠獲得

（公式1.3）

其中，V和U分別是工業鏡頭光心到圖像傳感器的距離和工業鏡頭光心到物體的距離,y 和y"分別是圖像的大小和物體的大小。V與U之比就是放大因子m（或稱放大倍率）。

對成像理論進行簡單介紹以後，接着對工業鏡頭參數進行介紹。對於普通用戶最直觀的2個內部參數分別是焦距、光圈，很多工業鏡頭這2個參數都是可調的（還有一個外部參數：工做距離在有些工業鏡頭鏡頭上也是可調的）。對同一芯片尺寸的相機，視場角

則能夠看做焦距的另外一種表達，它與焦距的關係式爲：

，這裏，

是CCD傳感器的一個維的長度（水平、垂直或對角方向）。有時鏡頭能夠根據它的視角來分類，實際上這一分類並不很嚴謹。按視場角對鏡頭比較典型的分類以下：

光學系統

望遠物鏡遠距攝像鏡頭標準鏡頭廣角鏡頭超廣角鏡頭

視場

6° 12° 46° 65° ＞100°

焦距（視場角）不只僅描述工業鏡頭的屈光能力，且可做爲圖像質量的參考。通常工業鏡頭失真隨着焦距的減少（或視場角的增大）而增大，於是選擇測量鏡頭，不要選擇小焦距（小於8mm）或大視場角的鏡頭。此外，即便不是變焦（ZOOM）鏡頭，普通鏡頭上也會有一個調焦環，但如前面提到的它沒有改變鏡頭的焦距f，而只是改變鏡頭光心到圖像傳感器的距離V，從前面的公式能夠看到這樣一樣能夠改變工業鏡頭的放大倍率。

光圈係數是工業鏡頭的重要內部參數，它就是工業鏡頭相對孔徑的倒數，通常的廠家都會用F數來表示這一參數。例如，若是工業鏡頭的相對孔徑是1：2，那麼其光圈也就是F2.0。而在相機的鏡頭上，都會標寫上這一指標。而因爲光圈係數是相對孔徑的倒數，所以，若是光圈係數的標稱值數字越大，也就表示其實際光圈就越小。通常來講，工業鏡頭的光圈排列順序是：一、1.四、2.0、2.八、3.五、4.0、5.六、8.0、十一、1六、2二、32等等。隨着數值的增大，其實際光孔大小也就隨之減少，而其在相同快門時間內的光通量也就隨之減少。固然，有些視覺系統爲了增大鏡頭的可靠性和下降成本，採用的定光圈設計，光圈不能改變時調整圖像亮度就須要靠調整光源強度或相機增益。

像方視場（即支持的CCD芯片大小）一樣是工業鏡頭的重要內部參數，CCD芯片尺寸在相機一節就已介紹，一般大小爲1/3」, 1/2」。不一樣芯片規格要求相應的鏡頭規格。 工業鏡頭的設計規格必須等於或大於芯片規格，不然就會出現如圖1.3.4 所示的後果，在視場邊緣會出現黑邊。特別是在測量中，最好使用稍大規格的工業鏡頭，由於工業鏡頭每每在其邊緣處失真最大。

圖1.4 鏡頭規格與CCD芯片尺寸的匹配

做爲工業鏡頭內部參數的像差，在機器視覺應用中最爲關鍵的是畸變（變形率）和場曲（用於傳感器接受的鏡頭該參數已被嚴格校訂）。畸變會影響測量結果，特別是在精密測量中，還必須經過軟件的方法進行標定和補償。如圖3.3.5所示，畸變主要分爲兩種：桶形畸變（Barrel）和枕形畸變（Pincushion），圖中虛線方框表示物體應該成的理想像，很明顯，畸變沿工業鏡頭徑向變化並非線性的，一般在視場邊緣畸變最大，用於測量的工業鏡頭最大畸變須要小於1%。

圖1.5 鏡頭畸變

再接着闡述的工業鏡頭光學參數是與客戶選擇比較相關的外部參數，首先是視場（FOV），能夠經過如下兩個公式進行計算，式中V和H分別表示垂直和水平方向，M表示光學放大倍率，f表示焦距，WD表示工做距離。

（公式1.4）

（公式1.5）

而後對於工業鏡頭的分辨率則不能與相機的分辨率混爲一談，對於鏡頭，它的極限空間分辨能力受系統衍射極限的影響，按照瑞利判據，物鏡的光學極限分辨距離爲：

（公式1.6）

式中

爲波長；NA爲物鏡的物方數值孔徑；n爲物方介質折射率，這裏是空氣n=1；U爲物方半孔徑角的。對於相機的分辨率則在前面的相機一節有過介紹( FOV（V or H）/CCD像素數（V or H）)，是一個與鏡頭分辨率無關的量，它們二者能夠按Nyquist的採樣理論聯繫起來，這裏再也不詳述。那視覺系統的系統分辨率應該按哪一個公式計算呢？很簡單，系統分辨率應該是二者中小的那個，又因爲鏡頭的分辨率通常都比相機分辨率高，所以絕大多數視覺系統都是按FOV與CCD像素數的比值來計算視覺系統的分辨率。

工做距離每每在視覺應用中相當重要，從公式1.3.5中能夠看出它與視場大小成正比，有些系統工做空間很小於是須要鏡頭有小的工做距離，但有的系統在鏡頭前可能須要安裝光源或其它工做裝置於是必須有較大的工做距離保證空間，一般FA鏡頭與監控鏡頭相比，小的工做距離就是一個重要區別。

景深則是工業鏡頭另外一個重要的外部參數。它表示知足圖像清晰度要求的最遠位置與最近位置的差值，景深的計算可能會相對麻煩一些它與鏡頭焦距、光圈值、工做距離和容許彌散斑的最大直徑有關。因爲容許彌散斑的最大直徑是個相對量，它的可接受直徑很大程度上取決於應用，所以在實際視覺應用中以實驗和參考鏡頭給出的參考值爲主。簡單的說，光圈越小，景深越深；焦距越短，景深越深；對焦距離（工做距離）越遠，景深越深。

實際商品化的工業鏡頭老是隻是某些參數的標準產品，若是須要徹底知足系統的要求可能須要定製工業鏡頭，這樣價格就比日常應用貴不少。所以，不少時候工業鏡頭參數選擇要分清本身視覺系統應用中的哪些是必須保證的，哪些是能夠經過其它的方法折中的。

工業鏡頭倍率及視場範圍的計算方法

1、工業鏡頭光學放大倍率的計算方法

2、工業鏡頭對應視場範圍的計算方法

附：常見工業相機傳感器尺寸大小

1/4″：3.2mm×2.4mm；

1/3″：4.8mm×3.6mm；

1/2″：6.4mm×4.8mm；

2/3″：8.8×6.6mm；

1″：12.8mm×9.6mm

工業鏡頭專業術語詳解

機器視覺系統中，工業鏡頭至關於人的眼睛，其主要做用是將目標的光學圖像聚焦在圖像傳感器（相機）的光敏面陣上。視覺系統處理的全部圖像信息均經過工業鏡頭獲得，工業鏡頭的質量直接影響到視覺系統的總體性能。下面對機器視覺工業鏡頭的相關專業術語作以詳解。

1、遠心光學系統：

　　指主光線平行於工業鏡頭光學軸的光學系統。而光從物體朝向鏡頭髮出，與光學軸保持平行，甚至在軸外一樣如此，則稱爲物體側遠心光學系統。

2、遠心鏡頭：

　　遠心鏡頭指主光線與鏡頭光源平行的工業鏡頭。有物方遠心，像方遠心，雙側遠心。

普通工業鏡頭

主光線與鏡頭光軸有角度，所以工件上下移動時，像的大小有變化。

雙側遠心境頭

主物方，像方均爲主光線與光軸平行
光圈可變，能夠獲得高的景深，比物方遠心境頭更能獲得穩定的像
最適合於測量用圖像處理光學系統，可是大型化成本高

物方遠心境頭

只是物方主光線與鏡頭主軸平行

工件上下變化，圖像的大小基本不會變化
使用同軸落射照明時的必要條件，小型化亦可對應

像方遠心境頭

只是像方主光線與鏡頭光軸平行
　　相機側即便有安裝個體差，也能夠吸取攝影倍率的變化
　　用於色偏移補償，攝像機本應都採用這種鏡頭

3、遠心光學系統的特點：

優勢：更小的尺寸。減小鏡頭數量，可下降成本。

缺點：上下移動物體表面時，會改變物體尺寸或位置。

優勢：上下移動物體表面時，不會改變物體尺寸或位置。使用同軸照明時。可以使用更小的尺寸
缺點：未使用同軸照明時，大於標準鏡頭的尺寸

4、遠心：

　　遠心度是指物體的倍率偏差。倍率偏差越小，遠心度越高。遠心度有各類不一樣的用途，在鏡頭使用前，把握遠心度很重要。遠心鏡頭的主光線與鏡頭的光軸平行，遠心度很差，遠心鏡頭的使用效果就很差；遠心度能夠用下圖進行簡單的確認。

5、分辨率（μm）：

　　光學系能力的尺度，表示黑白格狀圖案經過鏡頭觀察時，1mm中能夠分辨觀察到黑白條紋的最多對數。分辨率爲兩點間在沒法識別前，能靠近的最近距離測量值，例如1μm的分辨率表明兩點間在沒法識別前，能靠近的最近距離爲1μm。如下爲根據鏡頭的無相差光衍射狀況計算理論分辨率的公式。

6、分辨力(Lines／mm)：

　　分辯力指黑白網線圖鏡頭裏影像內1mm面積，可識別的黑白兩色條紋數。分辨力的單位爲線條/mm，例如100線條/mm表明可識別黑白間距1/100mm(10μm)。黑白線條的寬度爲1/200mm(5μm)。

7、水平TV分辨率（TV線條）：

　　寬度裏的黑白水平線總條數，至關於電視機屏幕垂直高度的高度值。屏幕的垂直與水平長度比率一般爲3:4，所以水平寬度裏的總條數爲3/4。電視機水平分辨率爲240TV條線，電視機屏幕水平寬度的總條數爲320條線。測量鏡頭的分辨率時，一組黑色與白色線條應視爲一條線，可是在電視機分辨率線條方面，一組視爲2TV線條。

8、失真（%）：

　　失真爲光學軸外的直型物體，呈現曲線時的鏡頭像差。鏡頭失真也稱爲鏡頭畸變，即光學透鏡固有的透視失真的總稱，可分爲枕形失真和桶形失真，直線朝向中心的失真狀況爲枕形失真(Pincushion Distortion），向外擴張的失真稱爲桶形失真(Barrel Distortion)。以下圖示：

9、TV失真（%）：

　　TV屏幕上的影像失真。數值越接近零，牲能越高。

10、電視失真：

　　實際邊長的歪曲形狀與理想的形狀的百分比算出的值。

11、孔徑效率邊際光量（%）：

　　孔徑效率爲使用鏡頭拍攝均勻亮度的物體時，成像盤光學軸與四周區域之間的亮度差別，單位爲百分比（%），假設中央亮度爲100，爲鏡頭的光學特徵之一。

12、遮蔽（%）：

　　遮蔽爲使用鏡頭與CCD-TV鏡頭拍攝均勻亮度的物體時，電視機屏幕中央與邊緣之間的亮度差別，單位爲百分比（%）。一般使用受光組件與CCD組件的功率比計算此百分比。遮蔽意指鏡頭與TV鏡頭的總體表現，可以使用遠心光學系統以縮小遮蔽的狀況。

十3、色差：

　　在鏡頭光學統中，造成影像的位置與影像放大倍率隨光線波長的不一樣而不一樣。不一樣波長的光線有不一樣的顏色，這叫作色彩失真。光學軸上的失真叫作色彩失真。放大倍率的差別則叫作放大倍率色彩失真。

十4、工做距離（WD）（mm）：

　　工做距離指鏡頭第一個工做面到被測物體的距離。

十5、物像間距離O/I（Object to Imager）
OI指物體到結像平面的距離。
十6、焦距f（mm）後焦距/前焦距
焦距爲光學系統的主光點到焦點的距離。從最後一片鏡頭的頂點到後焦點的距離，爲後焦距。從第一片鏡頭的頂點到前焦點的距離，爲前焦距。

十7、景深：

　　深度爲與物體從最佳焦點先後移動時．出現最銳利焦點的最近點與最遠點之間的距離。物體側的深度範圍稱爲景深。一樣，照相機側的範圍稱爲焦點深度。具體的景深的值多少略有不一樣。景深（Depth of Field）能夠用如下的計算式計算出來：

　　　　景深 = 2 x Permissible COC x 實效F / 光學倍率2 = 容許偏差值 / (NA x 光學倍率)(使用的是0.04mm的Permissible COC)

　　經過鏡頭的影像理論土會造成點狀。清晰影像上出現可接受的摸糊狀況，稱爲可接受的彌散圓。

十8、焦深：

　　深度爲當CCD從最佳焦點先後移動時，出現最銳利焦點的最近點與最遠點之間的距離。影像側的深度範圍稱爲焦深。

十9、後截距（mm）：

　　從鏡頭安裝座盤前端到影像的距離。

二10、C安裝座規格：

名稱	標準外徑	螺絲螺紋數(25.4mm用)	後截距
U1	25.4000mm	32Threads	17.526mm

二11、數值孔徑 NA，NA'：

　　當物體在入射光孔上產生的半角爲u，且折射率爲n，n x sinu爲物體側數值孔經（NA）。
　　當物體在出射光孔上產生的半角爲u'，且折射率爲n'，n' x sinu' 爲影像側數值孔徑{NA'）。

NA=n x sinu　　　　　　NA'=n' x sin u'

　　NA越高，鏡頭的分辨率與亮度越佳。以下圖所示入射角度 u, 物體側折射率n, 成像側的折射率' n'：NA = NA' x 放大率

　　對於Macro鏡頭，NA =M/2 xF　NA' = 1/2 xF　NA=NA' x光學倍率　NA'=NA x光學倍率

二12、F值F No：

　　此值指鏡頭的亮度。將鏡頭對焦距離除以物體側的有效直徑（入射光孔直徑Dmm)，便可獲得此數值，也可以使用NA與鏡頭的光學放大倍率(β)計算。數值越小，鏡頭越明亮。
F No=焦距/入射孔徑或有効口徑=f／D

二十3、有效F No：

　　此值爲具體在有限距離內的鏡頭亮度，指實際操做時的亮度。光學放大倍率越高(β)，鏡頭越暗。
實效F = (1 +光學倍率) x F#，實效F = 光學倍率 / 2NA

二十4、光學放大倍率β：

物體尺寸與影像尺寸的比例。
β	=y'／y
	=b／a
	=NA／NA'
	=CCD鏡頭元件尺寸／視野實際尺寸

二十5、光學倍率：

　　放大倍率（Magnification）指的是經過鏡頭的調整可以改變拍攝對象本來成像面積的大小。光學倍率就是經過光學鏡頭變倍的放大倍率。主要點與成像的關係：放大率是指成像大小與物體的比。

二十6、電子放大倍率：

　　電子放大倍率爲影像在顯示器屏幕上顯示時與在CCD上顯示相比的放大倍率。

二十7、顯示器放大倍率：

　　顯示器放大倍率爲經過鏡頭在顯示器呈現物體的放大倍率。
　　　　顯示器放大倍率=(光學放大倍率β) x (電子放大倍率)
　　 (計算範例) 光學放大倍率=02x，CCD尺寸1/2"(對角線8mm)，顯示器1/4"：
　　　　電子放大倍率=14 x25.4/8=44.45
　　　　顯示器放大倍率=0.2x44.45=8.89(倍) (1英寸=25.44mm)

※有時根據TV監視器的掃描狀態，以上的簡易計算將有一些變化。

二十8、視野(FOV)：

　　視野指使用照相機之後看到的物體側的範圍。
　　照相機有效區域的縱向長度（V）/光學倍率（M）＝視野（V）
　　照相機有效區域的橫向長度（H）/光學倍率（M）＝視野（H）
　　照相機有效區域的縱向長度（V）or（H）=照相機一個畫素的尺寸×有効畫素數（V）or（H）來計算。
　　（計算範例)　　光學放大倍率=0.2x，CCD尺寸1／2"（長4.8mm，寬6.4mm}：
　　　　　　　　視野尺寸長度=4.8／0.2=24(mm)
　　　　　　　　　　　寬度=6.4／0.2=32{mm)

二十9、解析度：

　　表示了所能見到了2點的間隔0.61x 使用波長(λ)/ NA=解析度(μ),以上的計算方法理論上能夠計算出解析度，但不包括失真。※使用波長爲550nm

三10、解像力：

　　１mm中間能夠看到黑白線的條數。單位（lp）/mm

三11、MTF（Modulation Transfer Function）：

　　成像時再現物體表面的濃淡變化而使用的空間周波數和對比度。

三12、成像圈：

　　成像尺寸φ，要輸入相機感應器尺寸。

三十3、照相機 Mount：

　　C-mount: 1" diameter x 32 TPI: FB: 17.526mm，CS-mount: 1" diameter x 32 TPI: FB: 12.526mm，F-mount: FB:46.5mm，M72-Mount: FB 廠家各有不一樣。

三十4、邊緣亮度：

　　相對照度是指中央的照度與周邊的照度的百分比。

三十5、通風盤及解析度：

　　Airy Disk（通風盤）是指經過沒有失真的鏡頭在將光集中一點時，實際上造成的是一個同心圓。這個同心圓就叫作Airy Disk。Airy Disk的半徑r能夠經過如下的計算公式計算出來。這個值稱爲解析度。ｒ= 0.61λ/NA Airy Disk的半徑隨波長改變而改變，波長越長，光越難集中於一點。例：NA0.07的鏡頭波長550nm r=0.61*0.55/0.07=4.8μ

三十6、 MTF 及解析度：

　　MTF（Modulation Transfer Function) 是指物體表面的濃淡變化，成像側也被再現出來。表示鏡頭的成像性能，成像再現物體的對比度的程度。測試對比性能，用的是具備特定空間周波數的黑白間隔測試。空間周波數是指１mm的距離濃淡變化的程度。

　　圖1所示，黑白矩陣波，黑白的對比度爲100%.這個對象被鏡頭攝影后，成像的對比度的變化被定量化。基本上，無論什麼鏡頭，都會出現對比度下降的狀況。最終對比度下降至0%。，不能進行顏色的區別。

　　圖二、圖3顯示了物體側與成像側的空間周波數的變化。橫軸表示空間周波數，縱軸表示亮度。物體側與成像側的對比度由A、B計算出來。MTF由A,B的比率計算出來。

　　解析度與MTF的關係：解析度是指2點之間怎樣被分離認識的間隔。通常從解析度的值能夠判斷出鏡頭的好壞，可是實際是MTF與解析度有很大的關係。圖4顯示了兩個不一樣鏡頭的MTF曲線。鏡頭a 解析度低可是具備高對比度。鏡頭b對比度低可是解析度高。

三十7、微距鏡頭：

　　不用近接環或特寫鏡頭而實現擴大攝影，爲近接攝影而設計的鏡頭，有限遠（=從物鏡出射的光，在必定距離處聚焦）

三十8、CCTV鏡頭：

　　適合於廣範圍的擴大觀察，須要嚴格精度時不適合，無限遠（=從物鏡出射的光，不聚焦，平行前進）

三十9、變倍鏡頭：

　　焦距可變鏡頭，倍率，攝像範圍等能夠簡單改變。適合於須要尋找最合適攝影條件（攝影距離，鏡頭的焦距）以便於操做的場合使用。不產生聚焦位置移動的稱爲變倍鏡頭，產生焦距位置移動的稱爲變焦鏡頭。

四10、成像圓：

　　光學系統中成像圓的尺寸，成像圓的尺寸=CCD對角尺寸，和CCD尺寸一樣意義。

四11、後變倍鏡頭：

　　安裝在CCD前面，不改變工做距離，擴大視野範圍。F值降低，分辨率、對比度降低，聚焦會有些不許。

四12、前變倍鏡頭：

　　安裝在鏡頭前面，工做距離會變化，亮度不變，擴大視野範圍。

遠心鏡頭應用簡介

遠心鏡頭普遍應用於激光掃描機，影像測量儀，在線檢測，醫療設備，自動化設備，機器視覺，顯微技術等等不少方面。遠心鏡頭能夠在必定的物距範圍內，使獲得的圖像放大倍率不會隨物距的變化而變化，所以，不會出現相似使用標準鏡頭時三維特徵出現的透視變形和圖像位置錯誤。即便在深孔內部的物體，在整個視野中也清晰可見，所以，在檢測三維物體時或當圖像尺寸和形狀精確性十分重要的狀況下，遠心鏡頭很是有效。對於精密測量的場合特別適用。

視覺方案中工業鏡頭的選擇要點

1、對工業鏡頭的選擇，咱們首先必須肯定客戶需求：

•一、視野範圍、光學放大倍數及指望的工做距離：

在選擇工業鏡頭時，會選擇比被測物體視野稍大一點的工業鏡頭，以有利於運動控制。

•二、景深要求：

對於對景深有要求的項目，儘量使用小的光圈；在選擇放大倍率的工業鏡頭時，在項目許可下儘量選用低倍率工業鏡頭。若是項目要求比較苛刻時，傾向選擇高景深的尖端工業鏡頭。

•三、芯片大小和相機接口：

例如2/3」工業鏡頭支持最大的工業相機耙面爲2/3」,它是不能支持1英寸以上的工業相機。

•四、注意與光源的配合，選配合適的工業鏡頭。

•五、可安裝空間：在方案可選擇狀況下，讓客戶更改設備尺寸是不現實的。

2、典型案例：齒輪項目

•一、該項目的基本要求是：檢測齒輪滾軸的安裝質量（缺失）和滾軸的直徑公差200微米。在線檢測速度爲2個/秒。