工业镜头对焦范围工业镜头按视场大小的分类|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

工业镜头按视场大小的分类

以工业镜头为顶点，以被测目标的物像通过镜头的最大范围的两条边缘构成的夹角，称为视场角。也就是说视场是镜头与CCD相机连接时物体可被看见的范围大小。视场角的大小决定了光学仪器的视场范围，视场角越大，视场就越大，光学倍率就越小。

按相机视场大小分：小视场镜头、标准镜头、广角镜头和特广角镜头、远心镜头、显微镜头、显微镜头等类型。

标准镜头

视角约50度，焦距长度接近相机画幅对角线长度的镜头，也是人单眼在头和眼不转动的情况下所能看到的视角，所以又称为标准镜头。5mm相机的标准镜头的焦距多为40mm、50mm或55mm，120mm相机的标准镜头焦距多为80mm或75mm，CCD芯片越大则标准镜头的焦距越长。

广角与超广角镜头

视角90度以上，适用于拍摄距离近且范围大的景物，又能刻意夸大前景表现强烈远近感即透视。35mm 相机的典型广角镜头是焦距28mm，视角为72度。120相机的50，40mm的镜头便相当于35mm相机的35，28mm的镜头．

长焦距镜头

适于拍摄距离远的景物，景深小容易使背景模糊主体突出，但体积笨重且对动态主体对焦不易。35mm 相机长焦距镜头通常分为三级，135mm以下称中焦距，135－500mm称长焦距，500mm 以上称超长焦距。120 相机的150mm的镜头相当于35mm相机的105mm镜头。由于长焦距的镜头过于笨重，所以有望远镜头的设计，即在镜头后面加一负透镜，把镜头的主平面前移，便可用较短的镜体获得长焦距的效果。

反射式望远镜头

是另一种超望远镜头的设计，利用反射镜面来构成影像，但因设计的关系无法装设光圈，仅能以快门来调整曝光。

（2）广角与超广角镜头：视角55°以上，广角与超广角镜头的焦距短于、视角大于标准镜头。对135相机来说，焦距在30mm左右、视角在70°左右称为广角镜头；焦距在22mm左右、视角在90°左右称为超广角镜头。"

（3）远摄与超远摄镜头：视角20°以内，远摄与超远摄镜头的焦距长于、视角小于标准镜头。对135相机来说，焦距在20mm左右、视角在12°左右的称为远摄镜头；焦距在300mm以上、视角在8°以下的称为超远摄镜头。

（4）鱼眼镜头与反射式镜头：鱼眼镜头似乎是一种极端的超广角镜头，它利用镜头的畸变获取极大的视角，视角在180°左右，因其巨大的视角类似鱼眼视角而名。反射式镜头又称折反射式镜头，实际上是一种超远摄镜头，外观特征是短而胖，比相同焦距的远摄镜头短一半左右，重量也较轻，因而手持相机拍摄显得灵活、方便。

（5）变焦镜头：焦距有一定变化范围，它的镜头焦距可在较大的幅度内自由调节，起到了若干只不同焦距的定焦镜头的作用。它又有手动变焦和电动变焦两类,可对所监视场景的视场角及目标物进行变焦距摄取图像,适合长距离变化观察和摄取目标。变焦镜头的特点是:在成像清晰的情况下,通过镜头焦距的变化来改变图像大小与视场大小。

（6）微距镜头、透视调整镜头与皮腔镜头：微距镜头又称巨像镜头，是能产生巨像效果的一种镜头。透视调整镜头又称移轴镜头，是用于调整影像透视效果或景深效果的特殊镜头。皮腔镜头是指采用软管式皮腔连接135相机的镜头。

针孔镜头:镜头端头直径仅几毫米,可隐蔽安装。针孔镜头或棱镜镜头适用于有遮盖物或有特殊要求的环境中,此时标准镜头或容易受损、或容易被发现,采用针孔镜头或棱镜镜头可满足类似特殊要求,比如在工业窑炉及精神病院等场所。

微距镜头（micro lens）

如果对工作距离有严格要求，可以考虑使用微距镜头，一般的广角镜头加适当的延长管，可以达到微距的效果。除作极近距离的微距摄影外，也可远摄。

远心镜头

远心镜头一般视野都比较小。从机器视觉行业的使用来看，大部分的介于0.5~2倍的远心镜头。超过2倍的远心镜也有，如4X、8X等。

显微镜头

一般来说当视野要求非常小时，如1mm以下，因为我们的传感器通常都是几个mm（4.8~8.8之间比较多），因此如果需要拍摄1mm左右及以下的视野时，一般的CCTV是无法满足这个要求的。因此可以考虑使用显微镜头，放大几倍十几倍都是可以的。

确定所要达到的视野范围(FOV)和工作距离(WD)，然后根据这两个要求和已知的靶面尺寸计算出工业镜头的焦距(f)。其计算公式为：

焦距f ＝ WD × 靶面尺寸( H or V) / FOV( H or V)

视场FOV ( H or V) ＝ WD × 靶面尺寸( H or V) / 焦距f

视场FOV( H or V) ＝靶面尺寸( H or V) / 光学倍率

工作距离WD = f(焦距）× 靶面尺寸/FOV( H or V)

光学倍率＝靶面尺寸( H or V) / FOV( H or V)

工业相机的约束距离

工业相机是机器视觉系统中的一个关键组件，其最本质的功能就是将光信号转变成有序的电信号。选择合适的相机也是机器视觉系统设计中的重要环节，相机的选择不仅直接决定所采集到的图像分辨率、图像质量等，同时也与整个系统的运行模式直接相关。

距离约束

自动化机器装配线和视觉系统所需的空间差异是非常大的，差距可以从几米到几百米。工作距离指的是当图像在焦距范围内的时候，照相机镜头前端和物体之间的距离。它限制了视觉系统以及和视觉系统一起工作的设备所需要的空间。有一些应用，比如通过真空炉端口观察，工作距离非常灵活，近焦镜头和长工作距离视频显微镜头都可以使用。其他的应用，比如强电微观检测，工作距离就只有几个英寸。

在极限范围内，通过镜头重新对焦，可以改变工作距离。无限共轭镜头的对焦距离可以从最小工作距离一直到无限远，有限共轭镜头则有一个特定工作距离范围。

存放和加载限制，包括用于艰苦环境的保护外壳，必须具有足够的柔性，可以根据工作距离进行调整。比如在很多安装场合，感兴趣的产品区域和产品线可能在检测过程中发生变化，这就要求视觉系统和视觉元件可以根据若干种传感条件进行调整。很多照相机镜头需要平稳加载，但是当物体空间（物体和镜头之间的距离）受到限制，改变像空间（imagespace，镜头与图像之间的距离），就可以改变工作距离。

像空间可以使用两种方式进行改变：通过缩放功能或者隔离。缩放镜头可以调整照相机系统的视场，而不需要改变工作距离。一些缩放系统的元件可以定制组成特殊型号的系统。度量衡和显微应用需要以微米为单位进行放大，这些镜头系统可以同显微镜下的物体对应。缩放镜头保持着高解析度，但是成本高昂。另外一种方案，镜头隔离器十分经济，并且可以缩短工作距离、减小镜头的可视范围。然而不幸的是，这会带来扭曲同时降低解析度。因此，除非空间调整是在5mm之内或者镜头的设计就带有隔离器，否则隔离器不是一个推荐的方案。

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同指定的解析度和对比度相配合。当景深一定的情况下，DOF可以通过缩小镜头孔径（也就是增加F/#值）来变大，同时也需要光线增强。

镜头的DOF范围取决于有效焦距、可接受的模糊直径。有一些镜头被设计成超焦或者可超焦的，这就意味着焦内的远点可以拓展到无限远。这种技术通常应用在定焦镜头上，景深效果很深，但是却可以通过虹膜的帮助进行调整。

不要把远心镜头和大景深镜头弄混了。远心镜头可以使机器视觉系统控制放大率、消除潜在误差，所以同尺寸的物体在照片上高度都是一致的，无论它距离照相机有多远。这种镜头一个实际应用的例子是分析计算机电路板。远心镜头通常有一个工作距离范围，在每一个工作距离点形成有限的景深。集成商在为一个项目选择远心镜头的时候，既需要考虑工作距离范围，还需要考虑景深效果。

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。这些镜头经常是马达驱动的，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，同缩放镜头不通，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。

USAF目标法展示了不同的宽度的伦奇刻线，可以衡量镜头的性能，独立平台可以减少振动。