工业ccd升级镜头机器视觉工业变焦镜头的选型|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

机器视觉工业变焦镜头的选型

如果把工业相机比喻为人的眼睛，工业镜头就好比是眼球，它直接关系到监看物体的远近、范围和效果。工业镜头的选用应考虑一下几点：

1）工业镜头尺寸应等于或大于工业相机成像面尺寸。例如：1/3″工业相机可选1/3″～1″整个范围内的工业镜头，但水平视角的大小都是一样的。只是使用大于1/3″的工业镜头能够更多地利用成形，更精确了工业镜头中心光路，所以可提高图像质量和分辨率。

2）选用合适的工业镜头焦距。焦距越大，监看距离越远，水平视角越小，监视范围越窄；焦距越小，监看距离越近，水平视角越大，监视范围越宽。工业镜头焦距可按照以下公式估算。

f=A×L/H

(f--镜头焦距；A--摄像机CCD垂向尺寸；L--被摄物体到镜头距离；H--被摄物体高度)

格式 1英寸 2/3英寸 1/2英寸 1/3英寸 1/4英寸

CCD垂向尺寸 9.6㎜ 6.6㎜ 4.8㎜ 3.6㎜ 2.7㎜

3）考虑环境光线的变化,光线对图像的采集效果起着十分重要的作用。一般来说，对于光线变化不明显的环境，常选用手动光圈镜头，将光圈手调到一个比较理想的数值后就可不动了；如果光线变化较大，如室外24小时监看，应选用自动光圈，能够根据光线的明暗变化自动调节光圈值的大小，保证图像质量。但需注意的是，如果光线照度不均匀，特别是监视目标与背景光反差较大时，采用自动光圈镜头效果不理想。

4）考虑最佳监看范围。因为工业镜头焦距和水平视角成反比，因此既想看得远，又想看得宽阔和清晰，这是无法同时实现的。每个焦距的镜头都只能在一定范围内达到最佳的监看效果，所以如果监看的距离较远且范围较大，最好是增加摄像机的数量，或采用电动变焦镜头配合云台安装。

5）工业镜头接口与工业相机接口要一致。现在的工业相机和工业镜头通常都是CS型接口，CS型摄像机可以和CS型、C型镜头配接，但和C型镜头接配时，必须在工业镜头和工业相机之间加接配环，否则可能碰坏CCD成像面的保护玻璃，造成CCD工业相机的损坏。C型工业相机不能和CS型工业镜头配接。

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机器视觉中CCD工业相机镜头的选择

合适的镜头选择对于机器视觉能否发挥应有的作用是非常重要的。镜头的选择过程，是将镜头各项参数逐步明确化的过程。作为成像器件，镜头通常与光源、相机一起构成一个完整的图像采集系统，因此镜头的选择受到整个系统要求的制约。一般地可以按以下几个方面来进行分析考虑。

系统若想完全发挥其功能，镜头必须要能够满足要求才行。当为控制系统选择镜头的时候，机器视觉集成商应该考虑四个主要因素：可以检测物体类别和特性；景深或者焦距；加载和检测距离；运行环境。

分析这四个因素，可以针对具体应用确定合适的镜头选择。

1.波长、变焦与否

镜头的工作波长和是否需要变焦是比较容易先确定下来的，成像过程中如果需要改变放大的倍率，可以采用变焦镜头，否则采用定焦镜头。

关于镜头的工作波长，常见的是可见光波段，也有其他波段。是否需要另外采取滤光措施？单色光还是多色光？能否有效避开杂散光的影响？把这几个问题考虑清楚，综合衡量后再确定镜头的工作波长。

2.特殊要求优先考虑

结合实际的应用特点，可能会有特殊的要求，应该先予以明确下来。例如是否有测量功能，是否需要使用远心镜头，成像的景深是否很大等。景深往往不被重视，但是它却是任何成像系统都必须考虑的。

景深是指由探测器移动引起的可以接受的模糊范围。光学系统的性能取决于允许的图像模糊程度，模糊可能源于物体平面或者图像平面的位置漂移。景深效果（DOF）是指由于物体移动导致的模糊。DOF是完全在焦距范围内最大的物体深度，它也是保持理想对焦状态下物体允许的移动量（从最佳焦距前后移动）。当物体的放置位置比工作距离近或者远的时候，它就位于焦外了，这样解析度和对比度都会受到不好的影响。出于这个原因，DOF同指定的分辨率和对比度相配合。当景深一定的情况下，DOF可以通过缩小镜头孔径来变大，同时也需要光线增强。

在很多情况下，比如说管道检测，可以使用变焦镜头获得较大的景深。变焦镜头和缩放镜头很类似，应用在需要经常变换焦距的场合。这些镜头经常是电机驱动的，可以保证在对焦平面上平滑移动。使用这样的镜头，整个管道、每一个环节都可以扫描到，通过调整焦距来发现每个缺陷。然而，同缩放镜头不同，变焦镜头的工作距离也可以变化，可以根据需要进行重新定位。

3.工作距离、焦距

工作距离和焦距往往结合起来考虑。一般地，可以采用这个思路：先明确系统的分辨率，结合CCD像素尺寸就能知道放大倍率，再结合空间结构约束就能知道大概的物像距离，进一步估算镜头的焦距。所以镜头的焦距是和镜头的工作距离、系统分辨率（及CCD像素尺寸）相关的。

4.像面大小和像质

所选镜头的像面大小要与相机感光面大小兼容，遵循“大的兼容小的”原则——相机光面不能超出镜头标示的像面尺寸——否则边缘视场的像质不保。

像质的要求主要关注MTF的畸变两项。在测量应用中，尤其应该重视畸变。

5.光圈和接口

镜头的光圈主要影响像面的亮度。但是现在的机器视觉系统中，最终的图像亮度是由很多因素共同决定：光圈、相机增益、积分时间、光源等。所以，为了获得必要的图像亮度有比较多的环节供调整。

镜头的接口指它与相机的连接接口，它们两者需匹配，不能直接匹配就需考虑转接。

6.成本和技术成熟度

如果以上因素考虑完之后有多项方案都能满足要求，则可以考虑成本和技术成熟度，进行权衡择优选取。

例如，要给硬币检测成像系统选配镜头，约束条件：相机CCD2/3in，像素尺寸4.65μm,C口。工作距离大于200mm，系统分辨率0.05mm。光源采用白色LED光源。

基本分析如下：

①与白色LED光源配合使用的，镜头应该是可见光波段。没有变焦要求，选择定焦镜头就可以了。

②用于工业检测，其中带有测量功能，所以，所选镜头的畸变要求小。

③工作距离和焦距。

成像的放大率PMAG=4.65/(0.05x100)=0.093;

焦距f'=LxM/(M+1)=200x0.093/1.093=17mm；

物距要求小于200mm，则选择的镜头要求焦距应该大于17mm。

④选择镜头的像面应该不小于CCD尺寸，即至少2/3in。

⑤镜头的接口要求是C口，能配合相机使用。光圈暂无要求。

从以上几方面的分析计算可以初步得出这个镜头的”轮廓“：焦距大于17mm，定焦，可见光波段，C口，至少能配合2/3inCCD使用，而且成像畸变要小。按照这些要求，可以进一步挑选，如果多款镜头都能符合这些要求，可以择优选用。

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