线性工业镜头智能制造在长沙⑤丨国内每五个工业镜头，就有一个“长沙造”|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

智能制造在长沙⑤丨国内每五个工业镜头，就有一个“长沙造”

编者按： 制造业是国民经济发展的根基。近年来，长沙大力振兴工业实体经济，闯出了一条高质量发展的新路径。长沙正以智能制造为统领，奋力打造国家重要先进制造业高地上的先进计算之城、工程机械之都、绿色制造之市。在长沙先进制造业发展暨五好园区创建推进大会召开之际，红网长沙站联合长沙市工信局推出专题《智能制造在长沙》，聚长沙工业强势之力，扬“长沙制造”奋进之势。

红网时刻新闻记者胡芳长沙报道

医学镜头，能给医生装上“透视眼”，如此，手术就有了“导航”；工业镜头，能给智造生产装上“智慧眼”，如此，高端装备就能“体检”。

湖南长步道光学科技有限公司（以下简称“长步道”），专业为人工智能与高端装备植入“眼睛”：产品设备精准与否、指标参数如何，纳米级别的瑕疵也能清晰可见。

他们自主研发的拳头产品拿下多个“首创”：1.5亿像素工业镜头，为全球首创；360°内外壁测量用镜头等填补国内空白；更是国家工业镜头标准制定的牵头单位。近日，他们再次将一份专利收入“囊中”，一项无需重新调焦也能清晰成像的发明……

研发步履不停，市场份额不断提升，如今，国内每五个工业镜头，就有一个是长步道生产。

生产线上闪耀科技光芒

荒折、砂挂、研磨……在长步道生产车间，机械手前后忙碌，工匠们细心打磨，历经十道工序，一块晶莹剔透的工业镜片才得以完成。

“这个工作特别需要细心，不停地复检特别重要。”罗友红是长步道的一名技术工人。她每天戴着指套，在显微镜下工作。罗友红说，工业镜头一定要防尘，我们戴的指套每小时就需要更换。

长步道镜片一部部长颜庄介绍：“我们的技术工人就像是‘医生’，望闻问切，如有没有划痕、是否有麻点，然后镜片才送入各种仪器检测性能。”

“镜片加工完成以后，就进入镜头组装阶段。”长步道镜头一部部长王秀华介绍，“从洗、拷、组装，再到分贝率检测、STF检测，整个流程需要一丝不苟。”

在加速运转的生产线上，工匠精神、科技元素闪耀光芒。一个个高精尖的机器视觉光电产品从这里走向世界。

不断刷新的“中国精度”

走进长步道的智慧展厅，数十种高精尖光学视觉产品列阵：超高解析线性扫描镜头、红外变焦镜头、特种镜头……一个个或大如靶面、或微小如指甲盖的工业镜头，展示着长步道的精益求精与蓬勃创新力。

首先映入眼帘的是1.5亿像素的工业镜头，它看起来低调，却是全球首款。小到手机屏幕、大到100英寸液晶面板，均可通过该镜头检测出瑕疵。

“如此高像素的镜头研制难度大，全球没有企业敢于尝试和投入。”长步道董事长李四清介绍，公司从2017年开始研发，一次次铩羽而归，又一次次重整归来，三年磨一剑，终于在2020年研制成功。

另一款长步道自主研发的360°成像系统，只需1台相机便可在一幅图像中完美呈现物体环外壁或内侧。这个小小的镜头，不仅可以出现在手机、汽车里，也可以是工业机器人的如炬“双眼”，它填补了国内市场空白，不断刷新了“中国精度”。

特种镜头、医用镜头、消费类镜头……在细分市场，长步道已具备和国际领先企业同台竞技水准，公司已开发的纳米级超精密加工设备、医疗手术导航系统等多项新产品技术国际领先。

让中国镜头看世界

2019年，长步道决心将公司广州总部迁往长沙雨花区。4月15日，2019湖南港洽周上，投资5亿元的长步道机器视觉光电产业生产基地正式落户；当年10月启建，仅两个月就完成一期工业厂房封顶；不到一年时间基地竣工投产。原定于三年后建设的二期提前开工，目前也已投入生产。

“回家的感觉真好。无论是项目建设还是产业发展，家乡的沃土给予我们加速奔跑的底气和信心。”李四清说。

长步道不仅是中高端光学镜头领域的领军企业和“隐形冠军”，更是国家工业镜头标准制定的牵头单位，其标准镜头系列产品市场占有率国内第一、全球第二。

“长步道诸多的首创与第一，核心技术是关键，创新研发能力是生命力。”李四清感慨，为实现更多工业镜头“中国智造”，长步道将每年销售收入的10%用于研发。

产业基地特别设置的光学影像研究中心和光电检测中心，将成为长步道的“智慧大脑”，与国内知名高校联手开展人工智能和光学视觉研究，引领更多企业深耕光学精密领域。

“道阻且长，步则必至。”产业基地内，八个大字十分醒目。李四清说，这是长步道名称的初衷，也是企业在抢占“制高点”中坚守的信念。

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。