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

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。

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。

工业镜头视场、倍率、焦距之间的关系

东莞敏威光电科技有限公司（http://www.dgmv.cn/）是由华南理工大学研究生团队于2014年11月在东莞製造業之都——广东東莞成立的高科技型公司。公司主营范围为：机器视觉、节能环保、光机电、自动化等产品与配件，同时提供机器视觉软件、工控软件的集成、开发、咨询、销售于一体服务。

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一、焦距的计算方法

二、光学放大倍率的计算方法

三、市场的计算方法

四、视野表

光学放大倍率

2/3"(宽度×长度×对角线)

显示器 放大倍率

1/2"(宽度×长度×对角线)

显示器 放大倍率

1/3"(宽度×长度×对角线)

显示器 放大倍率

9"

14"

9"

14"

9"

14"

x0.1

66x88x110

2.1

3.2

48x64x80

2.9

4.5

36x48x60

3.8

5.9

x0.14

47x63x79

2.9

4.5

34x46x57

4.0

6.2

26x34x43

5.3

8.3

x0.16

41x55x69

3.4

5.2

30x40x50

4.6

7.1

23x30x38

6.1

9.5

x0.18

37x49x61

3.8

5.8

27x36x44

5.1

8.0

20x27x33

6.9

10.7

x0.2

33x44x55

4.2

6.5

24x32x40

5.7

8.9

18x24x30

7.6

11.9

x0.3

22x29x37

6.3

9.7

16x21x27

8.6

13.4

12x16x20

11.4

17.8

x0.4

17x22x28

8.4

12.9

12x16x20

11.4

17.8

9x12x15

15.2

23.7

x0.5

13x18x22

10.5

16.2

9.6x12.8x16

14.3

22.3

7.2x9.6x12

19.1

29.7

x0.6

11x15x18

12.6

19.4

8.0x10.7x13

17.2

26.7

6x8x10

22.9

35.6

x0.7

9x13x16

14.7

22.6

6.9x9.1x11

20.0

31.2

5.1x6.9x8.6

26.7

41.5

x0.75

9x12x15

15.8

24.2

6.4x8.5x11

21.5

33.4

4.8x6.4x8.0

28.6

44.5

x0.8

8x11x14

16.8

25.8

6.0x8.0x10

22.9

35.6

4.5x6.0x7.5

30.5

47.4

x0.9

7.3x9.8x12.2

18.9

29.1

5.3x7.1x8.9

25.7

40.1

4.0x5.3x6.7

34.3

53.4

x1

6.6x8.8x11.0

21.0

32.3

4.8x6.4x8.0

28.6

44.5

3.6x4.8x6.0

38.1

59.3

x1.5

4.4x5.9x7.3

31.5

48.5

3.2x4.3x5.3

42.9

66.8

2.4x3.2x4.0

57.2

89.0

x2

3.3x4.4x5.5

42.0

64.6

2.4x3.2x4.0

57.2

89.0

1.8x2.4x3.0

76.2

119

x2.5

2.6x3.5x4.4

52.5

80.8

1.9x2.6x3.2

71.5

111

1.4x1.9x2.4

95.3

148

x3

2.2x2.9x3.7

63.0

96.9

1.6x2.1x2.7

85.8

134

1.2x1.6x2.0

114

178

x3.5

1.9x2.5x3.1

73.5

113

1.4x1.8x2.3

100

156

1.0x1.4x1.7

133

208

x4

1.7x2.2x2.8

84.0

129

1.2x1.6x2.0

114

178

0.9x1.2x1.5

152

237

x4.5

1.5x2.0x2.4

94.5

145

1.1x1.4x1.8

129

200

0.8x1.1x1.3

171

267

x5

1.3x1.8x2.2

105

162

1.0x1.3x1.6

143

223

0.7x1.0x1.2

191

297

x6

1.1x1.5x1.8

126

194

0.8x1.1x1.3

172

267

0.6x0.8x1.0

229

356

x7

0.94x1.26x1.57

147

226

0.69x0.91x1.14

200

312

0.51x0.69x0.86

267

415

x8

0.83x1.10x1.38

168

258

0.60x0.80x1.00

229

356

0.45x0.60x0.75

305

474

x9

0.73x0.98x1.22

189

291

0.53x0.71x0.89

257

401

0.40x0.53x0.67

343

534

x10

0.66x0.88x1.10

210

323

0.48x0.64x0.80

286

445

0.36x0.48x0.60

381

593

x11

0.60x0.80x1.00

231

355

0.44x0.58x0.73

315

490

0.33x0.44x0.55

419

652

x12

0.55x0.73x0.92

252

388

0.40x0.53x0.67

343

534

0.30x0.40x0.50

457

712

五、机器视觉中工业镜头的计算方式

1、WD 物距 工作距离（Work Distance，WD）。 2、FOV 视场 视野（Field of View，FOV）3、DOV 景深（Depth of Field）。 4、Ho:视野的高度5、Hi:摄像机有效成像面的高度(Hi来代表传感器像面的大小)6、PMAG:镜头的放大倍数 7、f:镜头的焦距 8、LE:镜头像平面的扩充距离

六、相机和镜头选择技巧

1、相机的主要参数: 　感光面积SS（Sensor Size）2、镜头的主要参数: 　焦距FL（Focal Length）　 最小物距Dmin（minimum Focal Distance）3、其他参数: 　视野FOV（Field of View） 　 像素pixel 　 FOVmin=SS（Dmin/FL）　如:SS=6.4mm，Dmin=8in，FL=12mm pixel=640*480　则:FOVmin=6.4（8/12）=4.23mm 4.23/640=0.007mm　如果精度要求为0.01mm，1pixels=0.007mm<0.01mm　结论:可以达到设想的精度

七、工业相机传感器尺寸大小：

1/4″:(3.2mm×2.4mm)； 1/3″:(4.8mm×3.6mm)；1/2″:(6.4mm×4.8mm)； 2/3″:(8.8mm×6.6mm)；1″:(12.8mm×9.6mm)；

八、光学放大率

放大率 光学放大率

影像大小相对于物体的放大率 β=y’/y =b/a=NA/NA’=CCD相机元素尺寸/视场实际尺寸

电子放大率

电子放大率是用相机拍照成像在CCD上的像呈现在显示器的放大倍数

显示器放大率

显示器放大率是被拍物体通过镜头成像显示在显示器上的放大倍数 显示器放大率＝（光学放大率）×（电子放大率） 例如:光学放大率＝0. 2X, CCD大小1/2（对角线长8mm）,显示器14〃 电子放大率＝14×25.4/8＝44.45（倍） 显示器放大率＝0.2×44.45＝8.89（倍） （1寸＝25.4mm）

视场

视场是镜头与CCD相机连接时物体可被看见的范围大小 视场的大小是:（CCD格式大小）/（光学放大率） 例子:光学放大率＝0.2X，CCD1/2〃（4.8mm长，6.4mm宽） 视场大小 :长＝4.8/0.2＝24（mm） 宽＝6.4/0.2＝32（mm）

来自于东莞敏威光电科技(dgmv)-Adimec,CIS,1200万工业相机-2500万工业相机-5000万工业相机-Camera Link相机-CoaXPress相机-医疗相机-高亮线光源-3D结构光视觉测试-TOF模组视觉测试，详情请登录网站www.dgmv.cn咨询

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