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專注于機器視覺、AI人工智能、激�、視覺檢測設(shè)��
專注于機器視覺、AI人工智能、激�、視覺檢測設(shè)��
2020-05-14 09:25:31 �(zé)任編輯： 瑞智光電 0
簡單講鏡頭就是在其一端收集物體的光線，并將光線在另一端匯聚為實像，并投影到接收面的物體。此�，匯集光線的點稱為焦�，鏡頭中心到焦點的距離稱為焦點距雀�
�(dāng)鏡頭為凸鏡時，焦點距離將根據(jù)鏡頭的厚度（膨脹）程度不同而各不相�，膨脹程度越大焦點距離越��
機器視覺光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭一般由一組透鏡和光闌組�，下面分別做簡單介紹�
1、透鏡
透鏡包括凸透鏡和凹透鏡兩種，其中凸透鏡對光線具有會聚作�，也稱為會聚透鏡或正透鏡；凹透鏡對光線有�(fā)散作用，也稱為發(fā)散透鏡或負透鏡。由于正負透鏡具有相反的作�，所以經(jīng)常將兩者配合使�，以矯正像差或其他失��
2、光�
進入鏡頭的光束大小一般由透鏡框和其他機械�(jié)�(gòu)決定。通常在鏡頭中�(shè)置設(shè)置帶孔的金屬薄片以限制光束的大小，稱為光闌，其通光孔一般為圓形并中心在透鏡的中心軸�。為了調(diào)節(jié)進光量，普通鏡頭都具有光圈�(diào)節(jié)�(huán)，調(diào)節(jié)�(huán)�(zhuǎn)動時帶動鏡頭�(nèi)的黑色葉片以光軸為中心做伸縮運動，稱為可變孔徑光闌。鏡頭中決定成像面大小的光闌稱為視場光闌。鏡頭的鏡管通常被加工成羅紋狀并漆成黑色以消除雜光的影響�
3、自動光�
在機器視覺中，自動光圈的主要作用是通過自動�(diào)整光圈控制入射光通量的大小，從而使CCD獲得理想的曝�，以獲得理想的圖�。自動光圈鏡頭目前主要有兩類：一類是視頻�(qū)動型(Video)，另一類是直流�(qū)動型（DC��
4、變焦鏡�
變焦鏡頭的成像質(zhì)量一般低于固定焦距鏡�，但在無須改變物距的情況下通過焦距變化即可獲得清晰的圖�，從而提高了機器視覺的設(shè)計靈活��
5、自動調(diào)�
自動�(diào)焦鏡頭可以根�(jù)不同的成像目�(biāo)對鏡頭的焦距進行自動�(diào)�，從而確保在多種�(yīng)用下都能實現(xiàn)精確聚焦。CCD相機一般采用差分式對比傳遞函數(shù)方式進行自動�(diào)��
6、鏡頭接�
物鏡的接口尺寸國際標(biāo)�(zhǔn)共有三種：F型、C�、CS�。F型比較通用，一般實用于焦距大于25mm的鏡�，而小�25mm時因為物鏡的尺寸不大，便采用C型或CS型�
7、鏡頭性能
鏡頭的性能指標(biāo)主要包括焦距、相對孔�、視場角度和光譜特性幾個方靀根�(jù)不同的應(yīng)用條�，需要做相應(yīng)選擇�
�、機器視覺鏡頭的重要參數(shù)
鏡頭幾個基本的參數(shù)包括焦距（長焦，廣角，變焦范圍），F(xiàn)值（表征透光率）��
而工�(yè)用鏡頭與之相�，更�(guān)注以下幾個參�(shù)�
1、WD（WorkDistance，工作距離）
WD表示焦點對準(zhǔn)拍攝對象�，鏡頭頂端到拍攝對象的距雀也稱為作動距離�
�(dāng)為CCD時，比例公式工作距離：視野＝焦點距離：CCD尺寸成立�
2、焦點距離（焦距�
FA(FactoryAutomation)鏡頭中有代表性的鏡頭為焦點距離為8mm/16mm/25mm/50mm等規(guī)格的鏡頭�
根據(jù)想要拍攝的拍攝對象所需的視野和焦點距離，可以求出對焦位置＝WD（工作距離）�
WD和視野的大小由鏡頭的焦點距離和CCD的尺寸來決定�
例如：焦點距離為16mm鏡頭，CCD尺寸3.6mm�，如果想把視野設(shè)�45mm，則WD�?yōu)?00mm�
3、視�
視野指工作距離范圍中的拍攝范�。一般來�，拍攝對象和鏡頭的工作距離越�，則視野越廣（視野角）。另�，視野的廣度由鏡頭的焦點距離來決定。相對于視野，使用鏡頭可以拍攝的范圍的角�，我們稱為視角或者視野角。鏡頭的焦點距離越短，則視角越大，視野也就越�。相�，焦點距離越�，則可以放大遠處的拍攝對象�
4、景�
景深是指使人感覺鏡頭對焦的深度范圍（拍攝物體�(cè)的距離）。范圍較大時，稱為「景深深�，相反范圍較小時稱為「景深淺�。嚴�?shù)膩碚f，對焦位置只有一�，只不過肉眼在一定的范圍�(nèi)感覺圖像能夠清晰成像，我們將此范圍稱為景��
我們在拍攝斜面上粘貼表示高度的膠帶的這個對象時，針對調(diào)大光圈的情況和調(diào)小光圈的情況進行比較�
最終的景深需要實測才能知道。因為除了鏡頭本身的�(jié)�(gòu)�，影響景深的因素還有很多�
�1）鏡頭本��
�2）光圈越�，景深越��
?�?）照明越�，景深越大。（快門速度越慢，景深越大）
?�?）焦距越�，景深越��
?�?）WD工作距離越大，景深越��
?�?）CCD的單個像素直徑越�，景深越��
5.鏡頭的分辨率
鏡頭的分辨率不光使用在圖像處理中，它是指所有光�(xué)測量儀器中使用的鏡頭可以觀察的最小間�。如分辨率為10μm的鏡�，可以清晰的觀察線寬為10μm、間距為10μm并列條紋�。分辨率不足時，人們感�2根線好像重疊在一�。這時�，需要更高分辨率的鏡��
6.鏡頭的倍率
所謂倍率，是指檢測對象的實際大小與通過光學(xué)測量儀器成像大小的比率。以往在通過顯微鏡的接眼部觀察時，我們使用光�(xué)倍率這一概念，但是近年來由于可以將觀測對象物顯示在液晶顯示器上的系統(tǒng)不斷增多，顯示器倍率這一概念也已�(jīng)普及�
?�?）光�(xué)倍率：用�(shù)碼相機的原理考慮�，光�(xué)倍率可以通過「CCD有效像素大小÷視野」來求得�
?�?）顯示器倍率：顯示器倍率可以通過「顯示器對角÷CCD素子對角×光學(xué)倍率」來求得�
7.F�
F值（或者光圈值）是指表示鏡頭的明亮度的基�(zhǔn)。準(zhǔn)確的來說，就是鏡頭的焦點距離除以鏡頭直徑（口徑）得到的值。F值的「F」來源于focal（焦點的）這個詞�
事實上，鏡頭并不會讓所有光線都透過，其中的一部分會反�。而且，為了減少像差使用多個鏡頭時，透過的光量會變少�
因此，光的透過量較�，可以獲得明亮成像的鏡頭我們稱為「亮�，相反光的透過量較鏡頭則稱為「暗�。鏡頭的焦點距離和直徑的�(guān)�，是可以大大影響鏡頭明暗的要素之一，也即F�。這個值較小的鏡頭稱為「亮鏡頭」，較大的鏡頭稱為「暗鏡頭�。一般的小型相機都會在鏡頭旁刻上「F=2.5」�1:2.5」的�(biāo)�，這就表示F值為2.5�
在相機鏡頭的性能�，如果F值達�2.0左右，則表示這個相機的明亮等級非常��
8.歪曲像差（失真）
歪曲像差（失真）表示通過鏡頭成像的圖像發(fā)生歪曲的狀�(tài)�
事實上不存在形狀完美的鏡�。因此，雖然從理論上來說，直射光通過鏡頭后會沿著直線傳播，而實際上光通過鏡頭后會向外�(cè)或者內(nèi)�(cè)歪曲。前者稱為「桶形失真�，后者稱為「枕形失真」。一個鏡失真的參�(shù)以百分比表示�
�、機器視覺鏡頭之遠心鏡頭
我們都有這種印象，一個物體在人眼看來，會有近大遠小的�(xiàn)�。這是因為物體近的時候，在視�(wǎng)膜上投影�，小的時�，投影小。鏡頭也是一�，因為近大遠小的原因，會�(chǎn)生誤�。特別是在做尺寸測量的時�，就尤其�(guān)��
為了解決這個問題，就產(chǎn)生了遠心鏡頭。簡單講就是不會因為WD工作距離的遠近而在投影端產(chǎn)生大小變化的的鏡頭�
對于有厚度測�(chǎn)�，也會照出截面的效果�
遠心鏡頭主要�(yīng)用于精密測量。在精密光學(xué)測量系統(tǒng)�，由于普通光�(xué)鏡頭會存在一定的制約因素，如影像的變�、視角選擇而造成的誤�、不適當(dāng)光源干擾下造成邊界的不確定性等問題，進而影響測量的精度。而遠心鏡頭能有效降低甚至消除上述問題，因此遠心鏡頭已�(jīng)成為精密光學(xué)檢測系統(tǒng)決定性的組件，其�(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣��
遠心鏡頭和普通鏡頭的簡單對比如下�
?。ㄒ唬┢胀ㄧR�
1、普通鏡頭優(yōu)點：
成本�，實�，用途廣�
2、普通鏡頭缺點：
放大倍率會有變化，有視差�
3、普通鏡頭應(yīng)用：
大物體成��
?。ǘ┻h心鏡�
1、遠心鏡頭的�(yōu)點：
放大倍數(shù)恒定，不隨景深變化而變�，無視差�
2、遠心鏡頭的缺點�
成本�，尺寸大，重量重�
3、遠心鏡頭的�(yīng)用：
度量衡方�，基于CCD方面的測�，微晶學(xué)�
四、機器視覺鏡頭的選擇
機器視覺鏡頭在選擇時�(yīng)注意以下幾個方面：
1、焦距；
2、目�(biāo)高度�
3、影像高��
4、放大倍數(shù)�
5、影像至目標(biāo)的距��
6、中心點/節(jié)��
7、畸��
�、機器視覺鏡頭的作用
機器視覺中鏡頭的作用是將目標(biāo)聚集在圖象傳感器的光敏面�，鏡頭質(zhì)量的好壞直接影響到機器視覺的整體性能，合理選擇光�(xué)鏡頭是機器視覺系�(tǒng)�(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)�
