工业镜头像素怎么区分好坏 工业镜头最简单最专业的评测方法

工业镜头最简单最专业的评测方法

工业镜头和其他镜头（如单反镜头、行车记录仪镜头、手机镜头）在使用、性能、设计、和生产等方面都是有差异的。所以要知道在评测工业镜头的性能时，我们到底要测哪些指标？专业精密的镜头测试仪器可以对一支镜头给出几十页的报告，价格也非常昂贵。作为镜头使用者而非生产者，只用一些简单的工具加算法也能实现镜头评测。

分辨率

分辨率是工业镜头最重要的参数，描述镜头能看清多少细节。镜头可以看成是一个低通滤波器。信息经过镜头后，带有细节的高频信息会丢失。

测试镜头分辨率，我们首先需要一个分辨率板。USAF1951可以读取镜头能分辨最细的线宽，我们就可以准确的读出镜头的物方分辨率。物方分辨率跟工作距离远近有关，最好换算成像方分辨率。星标板比USAF1951更加直观，但是不能读数。

一定要把视野中心调至最清晰，再分别读取中心和四角的读数。注意下，不同的镜头对比测试时，要保证光圈和工作距离的一致。测试分辨率至少要测中心和四角5个点，好的镜头四角成像差异不大。对FA镜头来说中心成像肯定优于边缘。

两款同样规格不同生产厂商的镜头

第一个镜头有明显的场曲即中心和周边不同步

畸变

光学上以放大倍率的不准确性的定义畸变，即物象空间的坐标不是线性对应的。一般离视野中心越远放大倍率变化越大。

但是由于光学畸变不容易准确测量，我们又创造了一个新的定义：TV畸变=△H/H。

Halcon等图像处理软件在标定畸变时用光学畸变。软件测量畸变大部分用TV畸变。同一支镜头，光学畸变的值要大于TV畸变。用软件Imatest测试畸变是最快速准确的。如果没有条件购买Imatest，可以根据光学畸变的定义写个程序。读取物空间坐标，找出和理论坐标的差异，再除以到中心点的距离，就知道了一个点的畸变值。但光学畸变是非线性的，尤其是混合畸变，可能出现中心枕形边缘桶形畸变。所以要尽可能多的采集点，拟合畸变曲线。

Imatest测试畸变

三个不同镜头的畸变曲线

最简单的办法就是用棋盘格标定板直接肉眼看，甚至用尺子放在视野边缘看弯曲程度。

相对照度

人们常忽视图像中心和边缘的亮度差，这在识别边缘时非常重要，过大的亮度差会导致中心和边缘图像提取特征不稳定。

测试镜头相对照度非常简单，找一块较大的亮度均匀的面光源，先想办法验证光源的亮度均匀性。对光源拍照，取中心和边缘区域平均灰度值的差值，再除以中心区域灰度值，就得到了镜头的相对照度。图像的亮度是从中心到周边逐步变暗的，各方向没有差别，所以只要对一个角取值。相对照度是会随着工作距离变化，一般工作距离越近，相对照度越高。光圈越小，亮度越均匀，相对照度越高。

相对照度曲线

对比度

对比度是经常被忽略的重要参数，人们常混淆了对比度和分辨率这两概念。对比度对应MTF图中的低频区域，分辨率对应高频区域。拍摄分辨率板，在较粗线条的边缘拉一条线，读取黑到白的连续灰度值，再由以下公式计算。

如图，ABC分别是三个镜头的MTF曲线。镜头B比A对比度好，但分辨率差。

在手机面板的检测应用中，镜头的对比度比分辨率更加重要。因为不良点和正常点常常只有个位数的灰度值差异，对比度低的镜头很难将不良点找到。

杂光

工业镜头比起安防、单反和车载镜头，对杂光的要求不高。这是因为大部分机器视觉应用打光较均匀，环境稳定，强光直射入镜头的情况比较少。杂光问题比较难解决，不良现象种类多，不同的环境光下，镜头的不良现象会不同。用一个强光手电筒，可以简单测试镜头抗杂光能力。如果在项目中遇到杂光，请试着调整光源角度，或者安装偏振片。实在不行就需要更换镜头。

高效率镜头测试神器

我司制作了一款方便携带的镜头测试仪，用于给客户演示镜头效果。可以快速测试镜头的分辨率和畸变。比相机实拍检测更快速，五分钟内可以对比两款不同镜头的成像优劣，让镜头的性能不再是一种玄学。

工业镜头的主要参数对成像质量的影响

在机器视觉系统应用中，好的镜头就相当于人拥有好的眼睛，其作用是将光学图像聚焦在图像传感器的光敏面阵上。一个高质量的工业镜头，在分辨率、明锐度、景深等方面都有很好的体现，对各种图像的校正也比较好，但其价格也会相应的提高。

在选择工业相机的同时选择合适的镜头，你可能认为自己需要的是高分辨率的相机，但是却没有选择性价比高的镜头去搭配，最后可能在高分辨率相机上浪费钱。一个高性价比镜头，不仅体现在图像效果的层面上，也体现视觉项目的成本预算中。所以，如果我们掌握一些选择镜头的规律和经验，就可以使用同档次的镜头达到更好的效果。

不同类型的工业镜头，成像质量也各不相同；即使类型相同，其成像质量也有着很大的差异，主要是因为镜头材质、加工精度和镜片结构等因素造成的，所以也导致不同档次的镜头价格有着巨大的差异。

行业中一般用光学传递函数OTF （Optical Transfer Function）来综合评价某个镜头成像质量的好与坏，光学传递函数，即光学系统传递的是亮度沿空间分布的信息，当它在传递被拍物图像数据信息时，被传递为各空间频率的正弦波信号，其调制度和位相在成实际像时的变化，均为空间频率的函数。

像差则是影响图像质量的重要因素，常见的像差有： 

球差：由主轴上某一物点向光学系统发出的单色圆锥形光束，经光学折射后，由同一物点散射的光束经过透镜后，不交在同一位置上，以至在主轴上的理想像平面处，形成一个漫射光斑，即此现象称为球差。

慧差：由位于主轴外的某一轴外物点，向光学系统发出的单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，若在理想像平面处不能结成清晰点，而是结成拖着明亮尾巴的慧星形光斑，则此光学系统的成像误差称为慧差。 

像散：由位于主轴外的某一轴外物点，向光学系统发出的斜射单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，不能结成一个清晰像点，而只能结成一弥散光斑，则此光学系统的成像误差称为像散。



场曲： 垂直于主轴的平面物体经光学系统所结成的清晰影像，若不在一垂直 于主轴的像平面内，而在一以主轴为对称的弯曲表面上，即最佳像面为一曲面，则此光学系统的 成像误差称为场曲。

色差：由白色物体向光学系统发出一束白光，经光学系统折射后，各色光不能会聚于一点上，而形成一彩色像斑，称为色差。



畸变：被拍平面内的主轴外直线，经光学系统成像后变为曲线，则此光学系统的成像误差称为畸变。

评价镜头质量时还会从分辨率、明锐度和景深等实用参数判断：

1、 分辨率：又称鉴别率、解像力，指镜头清晰分辨被摄景物纤维细节的能力，制约镜头分辨率的原因是光的衍射现象，即衍射光斑。

2、 明锐度：也称对比度，是指图像中最亮和最暗的部分的对比度。

3、 景深：调焦物平面前后的能形成相对清晰影像的实物纵深距离，也就是能获得相对清晰影像的景物空间深度范围，称为景深。

4、 最大相对孔径与光圈系数：相对孔径，是指该镜头的入射光孔直径（D）与焦距（f）之比，即：相对孔径＝D/ f 。相对孔径的倒数称为光圈系数。

工业镜头质量的好坏，直接影响到图像质量的效果，最终影响到机器视觉系统的整体性能，镜头主要参数对成像质量的影响：

1、焦距大小的影响

焦距越小，景深越大；焦距越小，畸变越大；

焦距越小，渐晕现象越严重，使像差边缘的照度降低。

2、 光圈大小的影响

光圈越大，图像亮度越高；光圈越大，景深越小；

光圈越大，分辨率越高；光圈越大，球差和慧差越严重；

光圈越大，渐晕现象越严重，光场照度越不均匀。

3、图像中心与边缘的影响

图像中心较边缘分辨率高；

图像中心较边缘光场照度高；

像图像中心较边缘畸变小；

4、光波的影响

在相同的相机及镜头参数条件下，视觉光源的光波波长越短，镜头的分辨力越高。所以在精密测量的视觉系统项目中，尽量采用短波长的单色光作为照明光源，对提高系统稳定性和图像精度有很大的作用。

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