工业镜头焦距可调吗机器视觉系统中的工业镜头|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

机器视觉系统中的工业镜头

工业相机的镜头，是机器视觉系统中的重要组件，它的质量将直接影响机器视觉系统的整体性能。

镜头的作用是将目标成像在图像传感器的光敏面上。

一、镜头的参数

镜头的主要参数有视场角、光圈、焦距、景深、工作距离（物距）、工作视野等。

在设计机器视觉系统时，要选择参数与用户需求相匹配的镜头。

1、视场角（FOV）

视场角是以镜头中心为顶点，以被测物可通过镜头的最大范围的两条边构成的夹角。按视场角的大小，镜头有标准镜头、广角镜头、远摄镜头之分。

2、光圈（F）

光圈是一个用来控制透过镜头进入相机感光面的进光量的装置，在数量上用镜头焦距与通光孔径的比值来表示光圈的大小。光圈有f/2、f/2.8、f/4、f/5.6、f/8、f/11、f/16、f/22等。

3、焦距（f）

焦距，有的人也称为“焦长”，是从镜头中心点到底片、CCD或COMS芯片等成像平面上所形成的清晰影像之间的距离，用f表示。

4、景深

在被摄物物体聚焦清晰后，在物体前后一定范围都能够取得清晰图像，这个前后距离范围就是景深。对于固定的焦距和拍摄距离，光圈越大，景深越小，光圈越小，景深越大。对于固定的光圈和拍摄距离，焦距越长，景深越小，焦距越短，景深越大。

二、失真

失真也叫畸变，是被测物平面内的主轴处直线经光学系统成像后变为曲线而改变几何形状的现象。失真不影响影像的清晰度。

镜头失真的类型有桶形失真、枕形失真和线性失真。普通消费级数码相机大概有1%的桶形失真、0.4%的枕形失真。

三、镜头分类

1、按焦距是否可调，把镜头分为变焦镜头和定焦镜头。

2、按视场角的大小，把镜头分为标准镜头、广角镜头、鱼眼镜头、远摄镜头等。

四、镜头的接口标准

镜头的接口尺寸分为三种类型：F型、C型、CS型。

F型接口是通用型卡口接口，一般适用于焦距大于25mm的镜头。

C型接口的镜头与相机接触面到镜头焦平面的距离为17.526mm。

CS型接口的镜头与相机接触面到镜头焦平面的距离为12.5mm。它们之间差一个5mm的转接环的距离，有了转接环，两者可以配合使用。

五、镜头精度计算

在芯片尺寸已定的情况下：

焦距/工作距离=芯片尺寸/工作视野，

工作视野=芯片尺寸*工作距离/焦距，

镜头精度=工作视野/相机分辨率。

工业镜头分类

光学镜头是机器视觉系统中不可缺少的部件，直接影响系统成像质量的优劣，影响图像算法的实现和效果。所以选择合适的工业镜头，降低自动化视觉系统的制造成本，才是产业发展的唯一出路。

不同的镜头使用的光学设计也不同，镜头内部构造设计也千差万别，而其成像质量的优劣，则取决于光学设计的水平和镜片材质的好坏。这里我们先不详细介绍镜头好坏到底怎么区分，从购买的角度来说，越贵的镜头素质越高，基本是不变的金科玉律。

镜头的内部构造非常复杂，也是最能反映镜头好坏的部分参数，直接关系到成像质量的优劣。这部分构造一般不可见，主要由结构复杂的多组多枚透镜组成，不同的透镜加工方法、材质均不同。

目前光学镜头规格种类繁多，有时不免让人眼花缭乱。光学镜头从焦距上可分为短焦镜头、中焦镜头，长焦镜头。从视场大小分有广角、标准，远心镜头。从光圈、对焦结构分有固定光圈定焦镜头，手动光圈定焦镜头，自动光圈定焦镜头，手动变焦镜头、自动变焦镜头，自动光圈电动变焦镜头等。

我们这里说的镜头是物理和光学意义上的镜头，是照相机感光元件之前，由透镜组成的光学装置。镜头是相机的眼睛，为了适应不同的项目环境要求，需要根据实际情况配置不同规格的镜头。

从光圈对焦结构上对镜头分类

1、固定光圈定焦镜头

固定光圈镜头，其通光量是固定的。镜头设计相对变焦镜头而言要简单得多，上面只有一个手动调整的对焦调整环，左右旋转该环可以调整 CCD靶面上的图像的清晰度。但是结构上没有光圈调整环，所以不能调整光圈，导致进入镜头的通光量不能通过改变镜头光圈而改变，只能通过改变外界视场的光照度来调整通光量。

比如常用的远心镜头，即无光圈可调，也无对焦可调的。只能通过外部光源、相机曝光时间、增益改变亮度，调整相机、镜头位置控制图像的清晰度。此类镜头都具有结构简单，价格便宜、对焦速度快，成像质量稳定等优点。

2、手动光圈定焦镜头

手动光圈定焦镜头比固定光圈定焦镜头增加了光圈调整环，对焦速度相对比较慢。光圈范围一般从F1.2或F1.4到全关闭，能方便地适应被拍现场的光照度，通过手动的方式调整光圈来进行对焦，这种方式很大程度上面依赖人眼对成像效果的判别。此类镜头具有光照度比较均匀，成像清晰，价格较便宜等特点。

3、自动光圈定焦镜头

在手动光圈定焦镜头的光圈调整环上增加用于调整光圈的微型电机，并从电机驱动电路中引出接口线，接到相机自动光圈接口座上。当进入镜头的光通量发生变化时，CCD靶面上产生的电荷就会发生相应的改变，从而使信号电平也发生变化，产生一个脉冲控制信号，传给自动光圈镜头。镜头内的电机接收到信号后，根据电平信号的方向做相应的正向或反向转动，完成调整光圈大小的工作，从而达到控制镜头光圈的目的。

4、手动光圈变焦镜头

镜头焦距可变的，机构上还有一个焦距调整环，可以在一定范围内手动调整镜头的焦距。其可变比范围一般为2～3倍，焦距变化范围一般为3.6~8mm。实际应用中，可通过手动调节镜头的变焦环，可以方便地选择拍摄物体的特征点。但是如果相机安装位置固定以后，再频繁地手动调整变焦是很不方便的，成像也不一定能达到理想效果。因此，安装固定后，手动变焦镜头的焦距一般很少再次进行调整，仅起定焦镜头的作用。