机器视觉 工业镜头

一、镜头的结构

1、透镜

镜头内部包括组合复杂的多枚透镜。

2、变焦环

变焦镜头具有改变焦距的变焦环，调节变焦环可改变视角。定焦镜头由于焦距固定，无法进行变焦。

3、光圈叶片

光圈叶片位于镜头内部，用于控制光线透过镜头到达相机感光平面的光量。

4、光圈环

光圈环用来调节光圈孔径大小，以控制进光量。

二、镜头的分类

镜头

分类

镜头

特点

缺点

远心

镜头 ​​​

固定安装高度

固定放大倍数

畸变小，适用于高精度应用场景

尺寸较大，价格稍贵

CCTV镜头

视野、无惧及光圈可调

适用于大视野

畸变较大

微距

镜头

TV失真小

只能在一定范围内聚焦，视野范围有限

线扫描

镜头

​

​编辑​特别针对长线芯片，配有大相机接口，失真小

镜头尺寸较大，比较重

三、镜头的参数

1、焦距

焦距是指从镜头光学中心到相机芯片中心等成像平面的距离。

镜头的聚焦长度决定着拍摄的工作距离、成像大小、视野大小等参数。

常见的镜头焦距有4mm 6mm 8mm 12mm 16mm 25mm 35mm 50mm等等

2、光圈

光圈是一个用来控制光线透过镜头，进入相机感光面光量的装置。

一般情况下，通光孔径越大，在同一单位时间内的进光量便越多，图像越亮。

光圈和景深的关系：光圈越小（光圈F值越大），景深深；光圈打（光圈F值小），景深浅。

3、视角（FOV）

视角FOV是指镜头所能覆盖的范围，（物体超过这个角就不会被收在镜头内），通常以角度来表示，这个角度就叫做镜头的视角FOV。

4、景深

景深是指在聚焦完成后，焦点前后的范围内都能形成清晰的图像，这一前一后的距离范围，叫做景深。

特点：后景深大于前景深 。

5、镜头畸变

光学透镜固有的透视失真的总称。

（1）枕形失真

镜头引起的画面向中间“收缩”的现象。

（2）桶形失真

成像画面呈桶形膨胀的失真现象

（3）线性畸变

6、光学倍率

光学倍率指的是物体与像的比例。

光学倍率 = （芯片尺寸）/ （视野大小）

圆心镜头光学倍率为一个固定值。如1倍远心镜头、2倍远心镜头、0.7倍远心镜头等等。

四、镜头的选择

1、最大兼容CCD尺寸

所有的镜头都只能在一定范围内成像清晰，最大兼容CCD尺寸镜头能支持最大清晰成像的范围。

镜头最大兼容CCD尺寸 ≥ 相机芯片尺寸

2、传感器与镜头的匹配

所有的镜头都有最大兼容的相机芯片尺寸。

选择相机和镜头时，遵循“镜头最大兼容芯片尺寸>=相机芯片尺寸”的元组。

3、光学接口

机器视觉行业内常见的几种接口分别为C口，CS口，F口。

一般情况下C口和CS口用在面阵相机上，F口用在线阵相机上。

4、镜头焦距选择

计算公式：

芯片尺寸/视野大小 ≈ 焦距(mm) / 物距(mm)

比如：已知相机芯片长度为3.6mm，对应视野为45mm，工作距离为200mm。

根据公式克制应该选择的焦距为16mm。

5、远心镜头方法倍率

远心镜头放大倍率一般为定值，因此安装高度也是固定的，因此我们可以根据相机来选择我们需要的镜头，或者根据镜头来选择我们需要的相机。

比如：大小为5mm的产品进行尺寸测量，测量精度要求为0.04mm,选择合适的镜头。

（1）选择相机

预估视野：9mm左右，因为产品5mm，产品放置过程中，会存在一些偏差，因此需要将相机视野放大一些。

精度预留4倍：0.04/4 = 0.01

相机分辨率：0.01/9 = 900，可以选择一个1280*1024的相机 130万像素的相机，查手册得知芯片大小为1/2英寸（6.4*4.8mm）。

（2）选择镜头

视野大小为9mm，芯片尺寸为6.4mm，放大倍率为6.4/9 = 0.71，查手册我们可以选择一个0.7倍左右的远心镜头。​

工业机器视觉镜头如何选型

工业机器视觉镜头的选型是一个关键的决策过程，它直接影响到整个视觉系统的性能和可靠性。在选型时，需要考虑诸多因素，如应用场景、图像质量要求、处理速度、成本等。本文将对工业机器视觉镜头的选型进行详细的介绍，并给出一些建议和注意事项。

一、了解应用场景在选型之前，首先需要了解具体的应用场景。不同的应用场景对机器视觉镜头的要求会有所不同。例如，在自动化生产线上检测产品表面缺陷时，需要选择具有高分辨率和高对比度的镜头；而在物料分拣系统中，需要选择视场角大、对焦快速的镜头。因此，了解应用场景是选型的第一步。

二、确定图像质量要求图像质量是工业机器视觉镜头选型的重要指标之一。图像质量的好坏直接影响到检测和识别的准确性。常见的图像质量指标包括分辨率、畸变、色差、光学畸变等。在选型时，需要根据具体的应用需求来确定图像质量要求，并选择相应的镜头。例如，如果需要检测微小的缺陷或细微的标记，就需要选择具有高分辨率和低畸变的镜头。

三、考虑处理速度工业机器视觉系统通常需要在很短的时间内完成图像采集和处理，因此处理速度也是选型的重要考虑因素。处理速度受到多个因素的影响，其中一个关键因素是机器视觉镜头的光圈。光圈的大小决定了通过镜头的光线量，从而影响到图像的亮度和对比度。通过选择合适的光圈大小，可以在不牺牲图像质量的前提下提高处理速度。

四、考虑成本因素在选型时，成本是一个重要的考虑因素。工业机器视觉镜头的价格差异很大，从几十美元到几千美元不等。成本因素包括镜头本身的价格以及与其配套的其他设备的价格。一般来说，高质量的镜头会相对昂贵，但其性能更加稳定，使用寿命更长。因此，在考虑成本因素时，需要综合考虑性能、可靠性和成本之间的平衡。

五、寻求专业建议选型是一个复杂的过程，需要综合考虑多个因素。为了做出最佳的选择，建议寻求专业的建议和咨询。可以通过与供应商、系统集成商或专业机器视觉技术团队进行合作，他们具有丰富的经验和专业知识，能够提供针对具体应用场景的最佳选择。

六、选型的注意事项在选型过程中，还需要注意以下几个方面：

确保镜头与相机兼容。不同的镜头和相机可能使用不同的接口和协议，因此需要确保它们之间能够完全兼容。

注意选型时的物理尺寸。镜头的物理尺寸需要与应用场景相匹配，以确保安装和调整的便利性。

注意选型时的环境适应性。镜头可能会面临恶劣的环境条件，如高温、低温、湿度等。需要选择具有良好的环境适应性和耐用性的镜头。

注意选型时的供应稳定性。镜头的供应稳定性对于系统的稳定性和可靠性至关重要。确保镜头供应商有稳定的产能和供应链。

总结起来，工业机器视觉镜头的选型是一个非常重要的决策过程。需要考虑应用场景、图像质量要求、处理速度、成本等多个因素。在选型时，可以通过了解应用场景、确定图像质量要求、考虑处理速度、成本因素以及寻求专业建议等方式来做出最佳选择。同时，还需要注意镜头与相机的兼容性、物理尺寸、环境适应性和供应稳定性等因素。只有综合考虑这些因素，才能选择到最适合自己应用的工业机器视觉镜头。

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