鏡頭選型大有學(xué)問(wèn)，匯萃手把手帶你入門鏡頭選型

在整個(gè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中，鏡頭是圖像采集部分的重要成像部件。因?yàn)槭艿秸麄€(gè)系統(tǒng)的制約，所以機(jī)器視覺(jué)鏡頭選型的正確與否直接影響著整個(gè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)。鏡頭的基本功能就是實(shí)現(xiàn)光束變換，鏡頭的質(zhì)量直影響到機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的整體性能，合理地選擇和安裝鏡頭，是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。

工業(yè)鏡頭選型需要確定的信息

1、是否需要用到遠(yuǎn)心鏡頭

2、是否需要用到濾光片

3、是否對(duì)鏡頭景深有要求

4、鏡頭是否兼容相機(jī)芯片尺寸

5、鏡頭的接口是否和相機(jī)一致

6、鏡頭的最近工作距離確認(rèn)

7、鏡頭焦距的確認(rèn)

8、鏡頭的畸變是否會(huì)影響到視覺(jué)檢測(cè)

工業(yè)鏡頭類型分析

1、按焦距分類：定焦鏡頭、變焦鏡頭

定焦鏡頭：焦距固定，光圈可調(diào)，帶聚焦微調(diào)，只有較小的工作距離，視野范圍隨著距離變化。

變焦工業(yè)鏡頭：焦距可以連續(xù)變化，尺寸比定焦鏡頭大，適合物體變化，像素質(zhì)量不如定焦鏡頭。

2、按鏡頭接口分類：C口、CS口

C接口是目前機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中應(yīng)用比較廣泛的鏡頭接口之一，具有重量輕，體積小，經(jīng)濟(jì)多樣等優(yōu)勢(shì)。

CS接口添加一個(gè)轉(zhuǎn)接環(huán)即可變換成C接口上，C接口的法蘭距是17.5mm。它們之間相差5mm。

3、特殊鏡頭：顯微鏡頭、微距鏡頭、遠(yuǎn)心鏡頭

顯微鏡頭一般是指成像比例大于10:1的拍攝系統(tǒng)所用，但由于現(xiàn)在的攝像機(jī)的像元尺寸已經(jīng)做到3微米以內(nèi)，所以一般成像比例大于2:1時(shí)也會(huì)選用顯微鏡頭。

微距鏡頭一般是指成像比例為2:1到1:4的范圍內(nèi)的特殊設(shè)計(jì)的鏡頭。在對(duì)圖像質(zhì)量要求不是很高的情況下，一般可采用在鏡頭和攝像機(jī)之間加近攝接圈的方式或在鏡頭前加近拍鏡的方式達(dá)到放大成像的效果。

遠(yuǎn)心鏡頭主要是為糾正傳統(tǒng)鏡頭的視差而特殊設(shè)計(jì)的鏡頭，它可以在一定的物距范圍內(nèi)，使得到的圖像放大倍率不會(huì)隨物距的變化而變化，這對(duì)被測(cè)物不在同一物面上的情況是非常重要的應(yīng)用。

4、按不可見(jiàn)光：紅外鏡頭、紫外鏡頭

一般鏡頭是針對(duì)可見(jiàn)光范圍內(nèi)的使用設(shè)計(jì)的，由于同一光學(xué)系統(tǒng)對(duì)不同波長(zhǎng)的光線折射率的不同，導(dǎo)致同一點(diǎn)發(fā)出的不同波長(zhǎng)的光成像時(shí)不能會(huì)聚成一點(diǎn)而產(chǎn)生色差。常用鏡頭的消色差設(shè)計(jì)也是針對(duì)可見(jiàn)光范圍的，紫外鏡頭和紅外鏡頭即是專門針對(duì)紫外線和紅外線進(jìn)行設(shè)計(jì)的鏡頭。

工業(yè)鏡頭參數(shù)分析

1、焦距

焦距是指鏡頭的光學(xué)中心到成像面焦點(diǎn)的距離，焦距長(zhǎng)短決定拍攝的工作距離成像大小、視場(chǎng)大小、景深大小，一般常用的鏡頭焦距為4mm、6mm、8mm、12mm、16mm、25mm、35mm、50mm、75mm。

2、光圈

光圈系數(shù)是鏡頭的重要內(nèi)部參數(shù)，它就是鏡頭相對(duì)孔徑的倒數(shù)，光圈系數(shù)的標(biāo)稱值數(shù)字越大，也就表示其實(shí)際光圈就越小。

光圈系數(shù)（F）=有效焦距（f）/通光孔徑（D）

3、工作距離

工作距離指的是鏡頭第一個(gè)面到所需成像物體的距離。它與視場(chǎng)大小成正比。

工作距離/視野范圍長(zhǎng)邊（或短邊）=焦距f/CCD長(zhǎng)邊（或短邊）

4、視場(chǎng)

視場(chǎng)指觀測(cè)物體的可視范圍，也就是充滿相機(jī)采集芯片的物理部分，對(duì)于鏡頭而言，可觀察到的視場(chǎng)跟鏡頭放大倍率及相機(jī)芯片選擇有關(guān)。因此通常建議根據(jù)被觀察物體的尺寸，先確定所需的視場(chǎng)，再確定相機(jī)芯片尺寸及鏡頭放大倍率一般鏡頭視野范圍比被測(cè)物稍大一點(diǎn)。

5、放大倍率

遠(yuǎn)心鏡頭放大倍率一般為定值，因此安裝高度也是固定的，因此我們可以根據(jù)相機(jī)來(lái)選擇我們需要的鏡頭，或者根據(jù)鏡頭來(lái)選擇我們需要的相機(jī)。

光學(xué)倍率 = 芯片尺寸/視野大小

6、分辨率

鏡頭的分辨率是指在成像平面上1mm間距內(nèi)能分辨開(kāi)的黑白相間的線條對(duì)數(shù)，它的單位是“線對(duì)/毫米”。 分辨率越高的鏡頭，所拍攝的影像越清晰細(xì)膩，鏡頭的分辨率需要大于等于相機(jī)分辨率。

7、景深

鏡頭在垂直方向上能清晰成像的空間距離，稱為景深。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，當(dāng)需要大的景深無(wú)法滿足時(shí)，可考慮減小光圈，增大曝光時(shí)間或光源亮度來(lái)滿足。

光圈越大，景深越小，光圈越小，景深越大；焦距越長(zhǎng)，景深越小，焦距越短，景深越大；物距越長(zhǎng)，景深越大，物距越短，景深越小。

8、畸變

鏡頭在成像時(shí)，圖像會(huì)產(chǎn)生形變，叫做鏡頭的畸變。通常情況，拍攝的視場(chǎng)越大所用的鏡頭焦距越短畸變?cè)酱?/span>。在實(shí)際應(yīng)用中若對(duì)拍攝圖像要求較高的可采用遠(yuǎn)心鏡頭，能很大程度的減小畸變。

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