工业放大镜头生产工业镜头改造记|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

工业镜头改造记

上次改了雷丁娜3c旁轴镜头，这次聊聊工业镜头。

（工业镜头是指大量运用于半导体机械零部件科研图像处理电子及汽车医疗包装军工制造等行业；如在汽车连接器里可以检测PIN脚的高度位置等信息，为生产提供有价值的信息，以便在生产过程中采取措施。）

以上引用百度搜索的一段文字，简单的说，工业镜头是工业生产方面使用的镜头，不是给我们普通的摄影师单反相机或者微单等等使用的镜头。

那么，很多人就会有疑问，能在工业上使用的镜头肯定比民用的要好吧？这个问题其实比较复杂。就我个人的经验，不是所有的工业镜头都是优秀的，因为使用的场合不同，要求不同，品牌、制造商不同，造成了工业镜头的成像天差地别。那种道路监控用的镜头建议就不要玩了。至于其他方面的，比如精密元件等制造方面使用的，往往在微距方面很强，但远处的成像就比较普通了，如果喜欢微距摄影，很多工业镜头在这方面比较强大，到不失为一种有趣的玩法。我也见过把奥林巴斯om单反微距镜头改造运用到工业检测方面使用的，可能是为了降低成本还是其他原因就不得而知了。

工业镜头的价格从几十元到几万甚至更高的都有。因为工业镜头的资料很少，所以，在合适的价格下，我只看它的做工和成像，玩镜头，看图说话才是王道。也因为资料少，价格乱，才给淘镜头的玩家有了花小钱买好货的可能。

这次改造的是达尔萨工业镜头，，此镜在12K专业线扫描机拆下，查了一下，满足六千万像素的相机应该是没问题，在没有转接好，拍出照片之前，一切理论上的假设都是枉然。

首先，人肉转接，看看无穷远还能合焦以及能不能满足全画幅的需要。作为玩家，不要把相机的法兰距搞的那么神秘，也没必要去研究这些数据，正所谓，是骡子是马拉出去溜溜。接上去试试什么都清楚了。简单地试了一下，这个镜头居然没有暗角，无穷远可以合焦，看了一下大概的距离，25-55的调焦桶应该可以用，用短的调焦桶更可靠，但放大倍率就小了，所以决定用这个调焦桶。

调焦桶连接镜头可以用接圈等方法，但最后还是决定在镜头上面车螺纹，虽然有把镜头车坏的风险，而且价格也不低，但这样的连接比较简单也可靠。

因为没有这个尺寸的遮光罩可以配，于是加上滤镜接环，配上遮光罩，完美。

还没有装上遮光罩的长度

通过实际拍摄发现中心锐度奇高，色彩一流，微距拍摄时，边缘成像也明显比远处的成像好，由此可以推断，此镜头为微距拍摄方面设计的。正常拍摄时候，中心成像正常，边缘呈现放射状的散景，成像可以参考Petzval 匹兹瓦镜头。焦段不严谨地估算应该是85mm，光圈f4，淡淡的酒红色镀膜，镜片很透，犹如水晶一般。因为拍摄时候基本没有发现紫边，所以也可以断定玻璃是好材料，甚至有超低色散镜片之类的，小巧，但很压手。因为是工业镜头，外观就相对比较普通或者说简单，毕竟用途不一样，但接上调焦桶和遮光罩后，也还算小巧，可玩性比较高。

酒红色的镀膜

逆光拍摄看不到紫边。

飞版的蜜蜂也能抓，对准了，清晰度很高。

花卉小品是这个镜头的拿手好戏，光斑还不错。

草莓百分百放大后的截图

报纸百分百放大后的截图

如果接上微距接圈，超微距也可以玩玩。

人像抓拍，红色表现很到位，饱满结实。

不但红色还原漂亮，蓝色、紫色也很到位。

上图蜻蜓百分百放大后的截图，只要对准焦点，复眼很轻易地就可以拍出来

这款达尔萨工业镜头的色彩比较浓郁，很正。虽然经常听到ps可以调色，色彩对于镜头不重要的言论，但我还是要说很多资深的镜头玩家最重视的不是镜头的锐度而是色彩，这其中道理这里不赘述，有空专门做一期镜头色彩的话题。其实一个镜头能把三原色表现好，那么这个镜头色彩就已经算上品，如果同时还能把肤色表现好就算是极品了，现代在产的很多红圈、金圈的以及其他的很多昂贵的镜头并没有做到这些。

中心锐度奇高，做工扎实，全是金属玻璃的东西，没有光圈叶片，能不扎实吗。

成像很有特点，但对于没用过手动镜头的玩家来说，使用就有些困难了，支持佳能ef口，如果接上有芯片的转接环有合焦提示还是比较好用的，至于索尼微单就更方便了，放大对焦，拍摄普通微距连脚架都不需要用了。

总体来说，这只镜头优缺点都比较突出。

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机器视觉 · 工业镜头

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镜头 · 基础参数 · 焦距焦距（FocalLength），是从镜头的中心点到焦平面上所形成的清晰影像之间的距离。焦距数值小，视角大，所观察的范围也大。确定视野范围(FOV)、工作距离(WD)以及相机靶面尺寸，可以计算出工业镜头的焦距，其计算公式为：光学放大倍率 P M A G = 相机靶面高度 H i 视野高度 H o 光学放大倍率PMAG=\frac{相机靶面高度H_i }{视野高度H_o}光学放大倍率PMAG= 视野高度H o 相机靶面高度H i 焦距 f = 光学放大倍率 P M A G × 工作距离 W D 1 + 光学放大倍率 P M A G 焦距f =\frac{光学放大倍率PMAG× 工作距离WD}{1+光学放大倍率PMAG}焦距f= 1+光学放大倍率PMAG光学放大倍率PMAG×工作距离WD 例如，使用1英寸靶面(12.8mm x 9.6mm)的相机，工作距离WD是300mm，视野FOV的高度是120mm，那么光学放大倍率= 9.6/120=0.08 ，焦距=0.08× 300÷1.08=22.22实际选型时，应选择最接近上述计算结果的镜头焦距，并根据镜头焦距，重新计算工作距离。镜头 · 基础参数 · 靶面为保证画面整体的可应用性，选用镜头的像面尺寸应略大于相机传感器的靶面尺寸，否则会出现边缘暗角/黑角等情况，影响使用。镜头 · FA镜头 & 微距镜头在工业生产的视觉应用中，较为广泛的当属于FA镜头，其价格相对较低且操作简单，适用的范围也很广。FA镜头普遍支持百万级像素，搭配C接口，但畸变较大，暗角明显。与FA镜头相比，微距镜头也是一种定焦镜头，适用于高精度、短工作距离检测。相同点：通过调节工作距离和后视镜进行清晰度和倍率的调节；应用场景主要是生产检测、智能识别等；大部分FA和微距镜头均采用为C接口。不同点：微距镜头的工作距离小，一般在100~300mm，FA镜头的工作距离为最短工作距离到无穷远，微距镜头是针对近距离检测进行设计的；FA镜头的分辨率主要集中在百万级像素，而微距镜头则支持超过一千万像素；微距镜头畸变值低至0.05%，可媲美远心镜头，而FA镜头，畸变值较大的甚至超出1%。很明显可以看出，与微距镜头相比，FA镜头的分辨率低，对比度不足，而微距镜头的横、纵、斜向的线对对比度均比FA镜头更高。在畸变的优化上微距的表现也更为亮眼，经实测微距镜头的光学畸变约为0.0687%，而FA镜头为1.44%。镜头 · 远心镜头远心镜头（Telecentric lens），是为纠正传统工业镜头视差而设计，畸变系数极低，无透视误差，它可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会变化，简单的说这种镜头拍出来的图像没有近大远小关系。当检查物体遇到以下情况时，最好选用远焦镜头：当被检测物体厚度较大，需要检测不止一个平面时，典型应用如食品盒，饮料瓶等。当被测物体的摆放位置不确定，可能跟镜头成一定角度时。当被测物体在被检测过程中上下跳动，如生产线上下震动导致工作距离发生变化时。当被测物体带孔径、或是三维立体物体时。当需要低畸变率、图像效果亮度几乎完全一致时。当需要检测的缺陷只在同一方向平行照明下才能检测到时。当需要超过检测精度时，如容许误差为1um。远心镜头在选型时，需要注意以下参数：最大相面尺寸：与普通镜头的选型类似，远心镜头的最大相面尺寸需≥配套的相机靶面尺寸。接口类型：目前远心镜头提供的接口类型也跟普通镜头类似，有C口，F口等，只要跟相机配套即可使用。放大倍率：当放大倍率和相机靶面确定时，成像范围即确定，反之亦然。工作距离：一般以上3点选定的情况下，工作距离已经确定在一个范围之内，这是其成像光路决定的。需要注意的就是此工作距离是否满足实际使用要求。当选用远心系统进行检测时, 建议先选定镜头，依据其工作距离设计其他机械结构。景深范围：在满足前面几个使用条件的前提下,景深范围越大,说明远心系统的光学特性越好,在选型时可作为参考。远心镜头一般搭配面阵相机，但也有少数供应商提供适用于线扫相机的远心镜头，如opto-engineering公司的TC4K 系列远心镜头：同一个工业相机，使用普通FA镜头（左）与使用远心镜头（右）的拍摄对比：远心镜头的原理：最核心的一点是：远心镜头是普通镜头与小孔成像原理的结合。物方远心镜头的原理：这个小孔的作用就是只让平行入射的物方光线可以达到像平面成像。从几何关系可以看出这时像就没有近大远小的关系了。之所以叫物方远心，是因为接收平行光成像，相当于物体在无穷远处。物方远心镜头常用于工业精密测量，畸变极小，甚至可以达到无畸变。其缺点是放大倍数与像距成直接关系。实际使用时相机安装的远近会影响放大倍数，所以每个镜头系统都要单独的标定放大倍数。像方远心镜头（image-space telecentric）的原理：光路是可逆的，那么将物方远心镜头的光路反过来就成了像方远心镜头的光路。这种镜头的特点是放大倍数与像距无关，相机离得远还是近都不影响放大倍数。在工业图像处理/机器视觉领域里，一般不会用到像方远心镜头。双侧远心镜头（double telecentric、bi-telecentric）的原理：结合物方远心和像方圆心的光路就成为了双侧远心镜头。双远心镜头在物空间和像空间兼具远心性，这意味着主光线不仅在进入镜头时是平行的，在出射时也是平行的。这一特性对解决单远心镜头的所有精度问题（比如点扩散函数不均匀性及缺少整个景深的放大倍率稳定性）是至关重要的。当拍摄很厚的物体时，双远心度在获得良好图像对比度方面很有优势：光学系统的对称性以及光线的平行性促使图像光斑保持对称性，这样可以降低模糊效应。这使得双远心光学器件的景深比非双远心的大20-30%。双远心镜头拥有非常均匀的探测器照明，这在多个应用中都十分有用，比如LCD、纺织和印刷质量控制。当双色向滤光镜不得不集成在光路中用以光度和辐射测量时，双远心度确保了光线扇面轴垂直于滤光镜表面，从而在整个探测器表面保持了光学带通。镜头 · 红外镜头IR镜头即红外镜头，采用特殊的光学玻璃材料及多层镀膜技术，增加对红外光线的透过率，消除可见光和红外光的焦面偏移，使得可见光到红外光区的光线都可以在同一个焦面成像。短波红外（ SWIR ）镜头：考虑宽波段透过可加工、透可见光等因素，一般采用ZNSE、ZNS、CaF2等原料。适合材料检测，如光伏和半导体检测，激光检测；表征应用，如组件对齐和激光束剖面。中波红外（ MWIR ）镜头：通常是配合中波制冷型探测器使用，光栏置于镜头后方，因此镜片比较大，还要考虑所谓的冷光栏效果（鬼影、反射，又叫冷屏效果）。体积虽然庞大，但是探测距离可以达到很远，如150 ~ 300mm焦距，可以看到10 km ~ 30 km的距离。长波红外（ LWIR ）镜头：其商业化程度较高，主要用于热成像领域，采用低温模压成型非球面设计的硫系玻璃镜头，应用广、价格低。镜头 · 电动变焦/变倍镜头电动变焦镜头有两种类型，一种是二可变镜头，另一种是三可变镜头。二可变镜头是指焦距（f）、聚焦（Fcous）均通过马达驱动变化，而光圈（IRIS）通过摄像机驱动信号自动控制，即自动光圈。三可变是指焦距、聚焦、光圈三个参数均通过电动马达驱动变化。通常，二可变镜头性能略好于三可变镜头，价位略高。镜头 · 液态镜头液态镜头，其材质是可改变形状的光学液态材料，采用电控方式来改变曲率半径，从而改变焦距。在实际应用中，液态镜头和固定焦距成像镜头通常组合使用。液态镜头能够以毫秒级的反应时间在近距离或光学无穷远对焦，这对于条码读取、包装分类、安保和快速自动化等需要在多个位置进行对焦的应用来说是一种理想选择。TECHSPEC® Cx 镜头为固定焦距成像镜头，采用独特的三件式模块化设计。前后镜头元件分开安装，这样可以方便接触镜头中心孔径光阑。这种设计可以使用户轻松在 Cx 镜头中心装入可变焦距液态镜头。步骤 1:选择Cx镜头的焦距和兼容的变焦液态镜头和液态镜头支架。或者，只需选择适当的Cx镜头套件，包括Cx镜头及其兼容的变焦液态镜头和液态镜头支架。步骤 2:将变焦液态镜头安装到液态镜头支架中。接下来，将两个产品组装到Cx镜头中间.步骤 3：选项 1：将液态镜头连接至PixeLink USB 3.0 自动对焦相机。选项 2: 与标准C接口相机配合使用。不包括驱动器，而且必须单独购买独立的液态镜头驱动器。镜头 · 垫片/垫圈在光学系统中使用垫片所带来的两个最为显著的优势是：较短的工作距离以及更大的放大倍率（缩减视场）。其原理是：通过增加图像距离_，使得工作距离缩短。光学放大倍率 P M A G = 相机靶面高度 H i 视野高度 H o 光学放大倍率PMAG=\frac{相机靶面高度H_i }{视野高度H_o}光学放大倍率PMAG= 视野高度H o 相机靶面高度H i 镜头像平面的扩充距离 L E = D i − f = 光学放大倍率 P M A G × 焦距 f 镜头像平面的扩充距离LE =D_i−f =光学放大倍率PMAG×焦距f镜头像平面的扩充距离LE=D i −f=光学放大倍率PMAG×焦距f镜头的扩充距离，是指为了实现聚焦，像平面必须后移的距离。多数工业镜头的工作距离WD都是按1m至0.5m设计的，当实际可用的工作距离过短时，可以使用镜头垫片配件来扩充，使工作距离缩短。以一款35mm焦距镜头为例，比较其在搭配与没有搭配一款11mm垫片时所呈现的性能：无垫片 11mm 垫片焦距 35mm 35mm镜头长度 41mm 52mm图像距离D i D_iD i 42.9mm 53.9mm工作距离 WD 165mm 74.1mm放大率 0.22X 0.54X视场 (½") 28.5mm 11.88mm垫片为系统所带来的最显著影响是将工作距离缩减超过一半，而且放大倍率也增加了超过两倍。在空间狭窄的应用中，使用这款垫片也可带来好处，因为总长度（图像板与对象板之间的距离）得以缩短。一般来说，如果垫片的长度超过焦距的一半，就不应使用垫片。如有侵权请联系本人删除