科普篇 工业检测镜头介绍

镜头作为工业相机的眼睛，是机器视觉系统中的一个关键组件,将目标物体的图像聚焦在相机的光敏器件上。系统所处理的所有图像信息均需要通过镜头得到，镜头的质量和选型直接影响到视觉系统的整体性能。

工业镜头成像原理

镜头等同于针孔成像中针孔的作用，不同之处在于，一方面镜头的透光孔径比针孔大很多倍，能在同等时间内接纳更多的光线，使相机能在毫秒到秒级获得适当的曝光；另一方面，镜头能够聚集光束，可以在相机胶片上产生比针孔成像效果更为清晰的影像。

工业镜头构成

工业镜头主要参数

1、焦距

指从镜头的中心点到胶平面上所形成的清晰影像之间的距离。镜头焦距的大小决定视场角的大小、拍摄距离、成像范围和景深，常用焦距有8、12、16、25、35、50等。

2、光圈

一个用来控制光线透过镜头，进入相机感光面光量的装置，可以通过加入多边形或圆形，且面积可变的孔径光栅来控制镜头的通光量。

3、分辨率

指镜头可清晰分辨被拍摄物体细节的能力,在像平面以每毫米里面能够分辨黑白对线的数量为计量单位，分辨率越高的镜头成像越清晰。

4、放大倍数

指图像大小与物体大小之比，CCD/FOV,即芯片尺寸除以视野范围。

5、最小工作距离

镜头能够对焦清晰的最小工作距离。

6、景深

在被摄物体聚焦清晰后，位于调焦平面前后一定距离内还能够清晰成像的纵深距离称为景深。景深随镜头的光圈值、焦距、拍摄距离而变化，与光圈、焦距成反比，与距离拍摄体成正比。

7、视野范围

相机实际拍到区域的尺寸。

8、数值孔径

数值孔径与与分辨率和放大率成正比，数值孔径越大,分辨率越高。

9、后背焦

指相机接口平面到芯片的距离。在线扫描镜头或者大面阵相机的镜头选型时,后倍焦是一个非常重要的参数,直接影响镜头的配置。

10、接口

镜头与相机的连接方式。常用的包括C、CS、F、V、T2、Leica、M42x1、M75x0.75等。

11、畸变

畸变是镜头在成像时，特别是用短焦镜头拍摄大视场，图像产生的形变。拍摄场景越大，所用镜头焦距越短，畸变程度越明显。

工业镜头分类

1、以焦距分

短焦距镜头：入射角较款，视景宽阔。

中焦距镜头：标准镜头，50mm。

长焦距镜头：入射角较窄，适于远距离监视电动变焦距镜头：通过遥控装置进行光对焦，光圈开度改变焦距。

2、以放大倍率是否固定分

远心镜头：在一定物距范围内得到的图像放大倍率不会变化。

非远心镜头：普通FA镜头。

3、以视场分

标准镜头：视角30度左右，焦距长度接近相机画幅对角长度的镜头。

广角与超广角镜头：视角55度以上，标准镜头<焦距<视角。

变焦镜头：成像清晰的前提下，通过镜头焦距的变化改变视场大小。

鱼眼镜头、反射式镜头、微距镜头、针孔镜头等。

4、以远心类型分

双远心工业镜头、像方远心镜头和物方远心镜头。

5、以接口分

常用包括接口C、CS、F 、V、T2、徕卡、M42、M50等。

工业镜头选型参考

1、 镜头可支持的最大CCD尺寸 应大于等于选配相机CCD芯片尺寸。

2、焦距 的选择，通过相机CCD尺寸、工作距离和视野,计算出所需镜头焦距，并选择视野范围比观测范围稍大的镜头。

3、 镜头光圈 的选择，光圈大小决定图像的亮度,在拍摄高速运动物体、曝光时间很短的应用中,应该选用大光圈镜头,以提高图像亮度。

4、远心镜头 的选择，远心镜头可以在一定的物距范围内,使得到的图像放大倍率不会随物距的变化而变化。

5、 确定C接口/CS接口 ，C接口距离17.5mm，CS接口12.5mm，避免无法合焦。

6、 根据感光器件 大小选择镜头，如2/3寸感光芯片要选择对应成像的镜头，否则容易出现暗角。

7、景深与光环境配合 ，光线充足，配备光源照射的可以选用小光圈，加大景深，提高拍摄清晰度，光线不足的选择大光圈或采用高感光度的感光芯片。

视觉工业检测系统已经在工业生产中必不可少，其中工业相机镜头对于捕捉产品的瑕疵缺陷是很重要的环节也是非常重要的元器件，系统若想完全发挥其功能,镜头必须要能够满足要求才行。

“芯算一体”能够深度理解客户需求，结合多年行业经验，从多方面综合考虑选择合适的相机镜头，使整个系统能够完美高效的运行。

机器视觉定位检测之工业镜头与民用镜头的不同之处

镜头是机器视觉系统中的重要组件，对成像质量有着关键性的作用，它对成像质量的几个最主要指标都有影响，包括：分辨率、对比度、景深及各种像差。与普通镜头相比工业镜头种类更为繁多，可使用范围更为广泛。下面就来了解下工业镜头和普通民用镜头的区别吧。　　

一、清晰度不同

工业镜头在成像面中心的分辨率是最高的，在边缘的差之。普通镜头在中心分辨率可以基本满足清晰度的同时，边缘的清晰度降低很多，比如单反的边缘分辨率就比较低。 决定镜头清晰度的关键因素有三个：1.镜片材质和纯度。镜片的杂质越少，其产生的干扰光线越少，画面清晰度更高2.镜片的研磨精度。镜片的研磨精度有研磨设备决定，目前国内镜头较国外镜头的差异就集中在这点上3.镜片的镀膜精度。对镀膜工艺的精确控制也是镜头清晰度的决定因素之一。另外工业生产中所用的百万像素镜头采用非球面镜片，可减低像差，在相对于普通镜头提高清晰度的同时做到了小型化的设计通过特殊的光学设计技术，从图像中心到周边部分的画质实现高解像力、高对比度的画面，比传统镜头提高了大约2.5倍以上的解像力，即使是在图像剪切或放大功能时，依然能保证高画质。　　

二、光谱透射能力不同

镜头的光谱透射能力也有助于画面清晰度的提高。宽频率光线的透射，将大大提高摄像机靶面的受光量。可增强画面的对比度和亮度，对画面的细节表现更丰富。普通镜头的边缘亮度低。

三.畸变率不一样

人眼能分辨的畸变大于3%，所以普通镜头的畸变一般设计为2%-3%之间。但对于工业镜头往往不够。工业生产用的长步道的镜头可以做到超低畸变，设置零畸变，这对于一些要求高精度作业的检测非常重要，工业镜头更能满足工业生产环境使用要求。

广东全帝科技有限公司是一家专注于机器视觉核心算法研究，视觉检测设备，CCD光学检测设备，机器视觉定位检测，非标自动化设备，视觉方案定制和研发与一体的高新技术企业。目前自主研发针对工业生产制造企业的Smartmake视觉检测系统，已在电子、包装、印刷、化工、食品、塑胶、纺织等行业得到成功的应用与广泛好评。各级生产企业通过对机器视觉检测系统的现场应用，在实时监控产品生产质量、提高生产效率的同时，还可以大幅节约人工成本，是制造业在面向工业4.0时代的最佳选择。

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