工业镜头使用环境温故而知新：工业镜头知多少？|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

温故而知新：工业镜头知多少？

01 镜头的基本原理

在搭建图像处理环境中我们时常需要收集目标物体反射的光，通过相机得到高质量的图像。那么这个收集光线的装置就是镜头。他的基本成像原理如下图：

光通过凸透镜时会有什么特性?

平行于光轴的光发生折射后，经过焦点。

通过凸透镜中心的光将保持原来的方向行进。

通过焦点进入凸透镜的光折射后平行于光轴行进。

凸透镜成像规律是物体放在焦点之外，在凸透镜另一侧成倒立的实像，实像可分为缩小、等大以及放大三种，对于光有会聚的作用，是一种光学定律，能够在光屏上呈现的像称为实像。当使用CCD进行拍摄观察时，就可以在CCD靶面映射出实像。

02 常用镜头的种类

又称C接装工业镜头，是目前在机器视觉系统中使用广泛的工业镜头，具有重量轻，体积小，价廉，品种多等优点，它的接口罗纹参数：公称直径=1″，螺距：32牙。

C安装的一种变化接口称CS-mount，它和C-MOUNT的区别仅仅在于工业镜头的定位面到图像传感器光敏面的距离不同。C-MOUNT是17.5mm，而CS-mount是12.5mm，它们之间相差5mm，市面上的工业镜头产品如ZML系列小型变倍缩放工业镜头，全部采用标准C接口。

CS-MOUNT接口是为新的CCD而设计的，随着CCD的发展，集成度越来越高，相同分辨率的光敏阵列更小了，为此CS-MOUNT更适应有效光敏传感器尺寸更小的工业摄像机。具有CS接口的工业摄像机，可以与C和CS型接口连接，但C按装工业镜头需加装一个接圈；具有C接口的工业摄像机只能与C按装工业镜头连接，而不能与CS按装工业镜头连接，否则不但不能获得良好聚焦，还有可能损坏CCD靶面。

远心镜头（Telecentric lens），是为纠正传统镜头视差而设计，它可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会变化，简单的说这种镜头拍出来的图像没有近大远小关系。远心镜头又分为物方远心镜头、像方远心镜头和双侧远心镜头。

1）.物方远心光路是将孔径光阑放置在光学系统的像方焦平面上，物方主光线平行于光轴主光线的会聚中心位于物方无限远，称之为：物方远心光路。其作用为：可以消除物方由于调焦不准确带来的，读数误差。

2）.像方远心光路是将孔径光阑放置在光学系统的物方焦平面上，像方主光线平行于光轴主光线的会聚中心位于像方无限远，称之为：像方远心光路。其作用为：可以消除像方调焦不准引入的测量误差。

3）.双侧远心镜头兼于上面两种远心镜头的优点。在工业图像处理中，一般只使用物方远心镜头。偶尔也有使用两侧远心镜头的，（当然价格更高）。而在工业图像处理/机器视觉这个领域里，像方远心镜头一般来说不会起作用的，因此这个行业基本是不用它的。

机器视觉系统之工业镜头选型

镜头的基本光学性能由焦距、相对孔径（光圈系数）和视场角（视野）这三个系数表征。因此，在选择镜头时，首先需要确定这三个参数，最主要的是确定焦距，然后再考虑分辨率、景深、畸变、接口等其他因素。首先需要考虑下面因素：

是否使用远心镜头：

远心镜头最主要的功能就是克服透视相差的影响，使得检测目标在一定范围内运动时得到的尺寸数据几乎不变。

景深要求：

有些特殊要求的视觉系统需要景深比较大的镜头。如，有些项目中要求将工业相机成一定角度且要求整个物体成像清晰；被测目标不在同一个平面上，这就需要考虑镜头的景深。

镜头芯片尺寸：

每种机器视觉镜头都只能兼容芯片不超过一定尺寸的相机。因此为了保证整幅图像的质量，机器视觉镜头的最大适配芯片尺寸必须大于与之配套的芯片尺寸，否则会引起严重的畸变和相差。

镜头的接口：

机器视觉镜头接口和相机接口都分为C、CS、F和其他更大尺寸的接口类型。相机和镜头是互补的，即C接口的相机只能用C接口的镜头。

镜头的焦距：

镜头的焦距主要对视场、工作距离有较大影响。在确定工业镜头焦距之前必须先确定视场、工作距离、相机芯片尺寸等因素。

镜头的畸变：

畸变是视野中局部放大倍数不一致造成的图像扭曲。由于受制作工艺的影响，镜头畸变是不可避免的，镜头越好畸变越小。一般在精密测量系统等精度要求高的情况下，必须考虑视觉镜头的畸变。

最后选择镜头前，有以下几点需要先确认：

1、对安装空间有限制要求的：镜头的大小、长度及其他参数。

2、工业镜头的工作环境：是否需要防水、防尘设施。

3、拍照系统是否运动：速度过快的话，因为惯性，拍照系统有可能会偏移。

4、对光谱响应有特殊要求的：例如紫外环境，普通的玻璃镜头会吸收几乎所有紫外光。

5、是否需要在镜头上加光源：根据项目环境，对于需要增加亮度的，则要添加光源。

6、价格要求：根据项目的实际情况选择合适的镜头。

在镜头制造技术上，国外仍是领先者，在技术层面仍有着较大的差距，主要体现在新品开发和研发周期上。但是随着计算机技术的发展，对镜头也将提出更高的要求。市场竞争逼使企业创新意识增强，这对国产厂商来说，是一个巨大的挑战，也是一个巨大的发展机遇。只有重视技术革新和产品创新，才能使产品的品质和稳定性有突破性的提高。