机器视觉 工业镜头

一、镜头的结构

1、透镜

镜头内部包括组合复杂的多枚透镜。

2、变焦环

变焦镜头具有改变焦距的变焦环，调节变焦环可改变视角。定焦镜头由于焦距固定，无法进行变焦。

3、光圈叶片

光圈叶片位于镜头内部，用于控制光线透过镜头到达相机感光平面的光量。

4、光圈环

光圈环用来调节光圈孔径大小，以控制进光量。

二、镜头的分类

镜头

分类

镜头

特点

缺点

远心

镜头 ​​​

固定安装高度

固定放大倍数

畸变小，适用于高精度应用场景

尺寸较大，价格稍贵

CCTV镜头

视野、无惧及光圈可调

适用于大视野

畸变较大

微距

镜头

TV失真小

只能在一定范围内聚焦，视野范围有限

线扫描

镜头

​

​编辑​特别针对长线芯片，配有大相机接口，失真小

镜头尺寸较大，比较重

三、镜头的参数

1、焦距

焦距是指从镜头光学中心到相机芯片中心等成像平面的距离。

镜头的聚焦长度决定着拍摄的工作距离、成像大小、视野大小等参数。

常见的镜头焦距有4mm 6mm 8mm 12mm 16mm 25mm 35mm 50mm等等

2、光圈

光圈是一个用来控制光线透过镜头，进入相机感光面光量的装置。

一般情况下，通光孔径越大，在同一单位时间内的进光量便越多，图像越亮。

光圈和景深的关系：光圈越小（光圈F值越大），景深深；光圈打（光圈F值小），景深浅。

3、视角（FOV）

视角FOV是指镜头所能覆盖的范围，（物体超过这个角就不会被收在镜头内），通常以角度来表示，这个角度就叫做镜头的视角FOV。

4、景深

景深是指在聚焦完成后，焦点前后的范围内都能形成清晰的图像，这一前一后的距离范围，叫做景深。

特点：后景深大于前景深 。

5、镜头畸变

光学透镜固有的透视失真的总称。

（1）枕形失真

镜头引起的画面向中间“收缩”的现象。

（2）桶形失真

成像画面呈桶形膨胀的失真现象

（3）线性畸变

6、光学倍率

光学倍率指的是物体与像的比例。

光学倍率 = （芯片尺寸）/ （视野大小）

圆心镜头光学倍率为一个固定值。如1倍远心镜头、2倍远心镜头、0.7倍远心镜头等等。

四、镜头的选择

1、最大兼容CCD尺寸

所有的镜头都只能在一定范围内成像清晰，最大兼容CCD尺寸镜头能支持最大清晰成像的范围。

镜头最大兼容CCD尺寸 ≥ 相机芯片尺寸

2、传感器与镜头的匹配

所有的镜头都有最大兼容的相机芯片尺寸。

选择相机和镜头时，遵循“镜头最大兼容芯片尺寸>=相机芯片尺寸”的元组。

3、光学接口

机器视觉行业内常见的几种接口分别为C口，CS口，F口。

一般情况下C口和CS口用在面阵相机上，F口用在线阵相机上。

4、镜头焦距选择

计算公式：

芯片尺寸/视野大小 ≈ 焦距(mm) / 物距(mm)

比如：已知相机芯片长度为3.6mm，对应视野为45mm，工作距离为200mm。

根据公式克制应该选择的焦距为16mm。

5、远心镜头方法倍率

远心镜头放大倍率一般为定值，因此安装高度也是固定的，因此我们可以根据相机来选择我们需要的镜头，或者根据镜头来选择我们需要的相机。

比如：大小为5mm的产品进行尺寸测量，测量精度要求为0.04mm,选择合适的镜头。

（1）选择相机

预估视野：9mm左右，因为产品5mm，产品放置过程中，会存在一些偏差，因此需要将相机视野放大一些。

精度预留4倍：0.04/4 = 0.01

相机分辨率：0.01/9 = 900，可以选择一个1280*1024的相机 130万像素的相机，查手册得知芯片大小为1/2英寸（6.4*4.8mm）。

（2）选择镜头

视野大小为9mm，芯片尺寸为6.4mm，放大倍率为6.4/9 = 0.71，查手册我们可以选择一个0.7倍左右的远心镜头。​

工业镜头怎么选择？带你了解机器视觉中的镜头结构及选型

在开发非标自动化设备时，会遇到机器视觉中镜头的选型问题，比如镜头的视野选择多大，景深怎么考虑等。下面我们对镜头中的概念做一下介绍，镜头照片如下图所示。

1、视野：是指镜头所能覆盖的最大范围，在镜头选型时，视野是一个非常重要的指标。视野一般选多大的比较合适呢？视野的大小是按照被检测物的范围来决定的，一般镜头视野要比被检测物长宽大于20%比较合适。

2、工有作距离：工作距离有最小工作距离和最大工作距离，从被检测物到镜头物镜的距离范围内，大于最大工作距离小于最小工作距离机器视觉系统都不能正常成像。

3、景深：在最小工作距离到最大工作距离之间的范围称为景深，景深内的物体都可以清晰成像。景深一般可以通过光圈调节，光圈越小，景深越大。

4、几何畸变是由于镜头方面的原因导致图像范围内不同位置上的放大率存在的差异，畸变分为枕形畸变和桶形畸变。

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