機(jī)器視覺工程師應(yīng)該了解的十六個工業(yè)鏡頭專業(yè)術(shù)語

機(jī)器視覺雖然發(fā)展了這么多年，但很多人認(rèn)識機(jī)器視覺工業(yè)鏡頭或工業(yè)相機(jī)還是用民用數(shù)碼相機(jī)的概念來直接套用，造成認(rèn)知誤差，甚至導(dǎo)致重要項目或研究因為硬件的選型不到位而失敗，走了很多彎路，浪費財力、物力、精力耽擱時間。

8月22日，機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（CMVU）以不同形式正式對外（國內(nèi)）發(fā)布《工業(yè)數(shù)字相機(jī)術(shù)語》和《工業(yè)鏡頭術(shù)語》標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)專家介紹，這兩項“標(biāo)準(zhǔn)”的制定填補了國內(nèi)行業(yè)的空白，必將在國內(nèi)外產(chǎn)生較大反響，將有力提升中國產(chǎn)品的國際地位和產(chǎn)品競爭力。據(jù)了解，2018年初，機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟牽頭組織聯(lián)盟18家會員單位，開展了為期2年的“標(biāo)準(zhǔn)”聯(lián)合編寫工作，從起初討論術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)的編寫原則，明確編寫思路和框架結(jié)構(gòu)，到開始進(jìn)行廣泛查閱同類產(chǎn)品的國內(nèi)外企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)和大量走訪調(diào)研，并根據(jù)查閱收集相關(guān)國外先進(jìn)國家的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)做法，最終形成了初步的“標(biāo)準(zhǔn)”版本，通過起草成員單位多次不同階段的討論和修改，并經(jīng)中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院基礎(chǔ)所專家審查核對，最終完成了《工業(yè)數(shù)字相機(jī) 術(shù)語》和《工業(yè)鏡頭 術(shù)語》編寫工作。這兩項“標(biāo)準(zhǔn)”的制定，既避免了與現(xiàn)有的國標(biāo)術(shù)語產(chǎn)生沖突，同時又兼顧到實際使用者的技術(shù)訴求以及未來標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)向性和科學(xué)性。

機(jī)器人視覺目前已成為實現(xiàn)工業(yè)自動化和智能化的核心關(guān)鍵點之一，尤其在中國，科技發(fā)展日新月異，機(jī)器視覺行業(yè)伴隨制造業(yè)的強(qiáng)勢崛起，受到各行業(yè)的廣泛關(guān)注和充分的工業(yè)應(yīng)用，所以機(jī)器視覺工業(yè)鏡頭的相關(guān)專業(yè)術(shù)語我們不得不了解。

一、遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)：

指主光線平行于鏡頭光學(xué)軸的光學(xué)系統(tǒng)。而光從物體朝向鏡頭發(fā)出，與光學(xué)軸保持平行，甚至在軸外同樣如此，則稱為物體側(cè)遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。光從鏡頭朝向影像，與與光學(xué)軸保持平行，甚至在軸外同樣如此，則稱為影像側(cè)遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。

二、遠(yuǎn)心鏡頭：

遠(yuǎn)心鏡頭指主光線與鏡頭光源平行的鏡頭。有物體側(cè)的遠(yuǎn)心，成像側(cè)的遠(yuǎn)心，兩側(cè)的遠(yuǎn)心行頭等方式。

通常的鏡頭

主光線與鏡頭光軸有角度，因此工件上下移動時，像的大小有變化。

兩方遠(yuǎn)心境頭

主物方，像方均為主光線與光軸平行

光圈可變，可以得到高的景深，比物方遠(yuǎn)心境頭更能得到穩(wěn)定的像

最適合于測量用圖像處理光學(xué)系統(tǒng)，但是大型化成本高

物方遠(yuǎn)心境頭

只是物方主光線與鏡頭主軸平行

工件上下變化，圖像的大小基本不會變化

使用同軸落射照明時的必要條件，小型化亦可對應(yīng)

像方遠(yuǎn)心境頭

只是像方主光線與鏡頭光軸平行

相機(jī)側(cè)即使有安裝個體差，也可以吸收攝影倍率的變化

用于色偏移補償，攝像機(jī)本應(yīng)都采用這種鏡頭

三、遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)的特色：

優(yōu)點：更小的尺寸。減少鏡頭數(shù)量，可降低成本。

缺點：上下移動物體表面時，會改變物體尺寸或位置。

優(yōu)點：上下移動物體表面時，不會改變物體尺寸或位置。使用同軸照明時?？墒褂酶〉某叽纭?/p>

缺點：未使用同軸照明時，大于標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的尺寸。

優(yōu)點：與MML相似，但鏡頭凸緣后端的尺寸出現(xiàn)極大差異時，會改善精確度。

缺點：與MML相似，但成本比MML更高。

四、遠(yuǎn)心：

Telecentricity是指物體的倍率誤差。倍率誤差越小，Telecentricity越高。Telecentricity有各種不同的用途，在鏡頭使用前，把握Telecentricity很重要。遠(yuǎn)心鏡頭的主光線與鏡頭的光軸平行，Telecentricity不好，遠(yuǎn)心鏡頭的使用效果就不好；Telecentricity可以用下圖進(jìn)行簡單的確認(rèn)。

五、分辨率（μm）：

光學(xué)系能力的尺度，表示黑白格狀圖案通過鏡頭觀察時，1mm中可以分辨觀察到黑白條紋的最多對數(shù)。分辨率為兩點間在無法識別前，能靠近的最近距離測量值，例如1μm的分辨率代表兩點間在無法識別前，能靠近的最近距離為1μm。以下為根據(jù)鏡頭的無相差光衍射情況計算理論分辨率的公式。

六、分辨力（Lines／mm）：

分辯力指黑白網(wǎng)線圖鏡頭里影像內(nèi)1mm面積，可識別的黑白兩色條紋數(shù)。分辨力的單位為線條／mm，例如100線條／mm代表可識別黑白間距1／100mm（10μm）。黑白線條的寬度為1／200mm（5μm）。

七、水平TV分辨率（TV線條）：

寬度里的黑白水平線總條數(shù)，相當(dāng)于電視機(jī)屏幕垂直高度的高度值。屏幕的垂直與水平長度比率通常為3：4，因此水平寬度里的總條數(shù)為3／4。電視機(jī)水平分辨率為240TV條線，電視機(jī)屏幕水平寬度的總條數(shù)為320條線。測量鏡頭的分辨率時，一組黑色與白色線條應(yīng)視為一條線，但是在電視機(jī)分辨率線條方面，一組視為2TV線條。

八、失真（％）：

失真為光學(xué)軸外的直型物體，呈現(xiàn)曲線時的鏡頭像差。鏡頭失真也稱為鏡頭畸變，即光學(xué)透鏡固有的透視失真的總稱，可分為枕形失真和桶形失真，直線朝向中心的失真情況為枕形失真（Pincushion Distortion），向外擴(kuò)張的失真稱為桶形失真（Barrel Distortion）。如下圖示：

九、TV失真（％）：

TV屏幕上的影像失真。數(shù)值越接近零，牲能越高。

十、電視失真：

實際邊長的歪曲形狀與理想的形狀的百分比算出的值。

十一、孔徑效率邊際光量（％）：

孔徑效率為使用鏡頭拍攝均勻亮度的物體時，成像盤光學(xué)軸與四周區(qū)域之間的亮度差異，單位為百分比（％），假設(shè)中央亮度為100，為鏡頭的光學(xué)特征之一。

十二、遮蔽（％）：

遮蔽為使用鏡頭與CCD－TV鏡頭拍攝均勻亮度的物體時，電視機(jī)屏幕中央與邊緣之間的亮度差異，單位為百分比（％）。通常使用受光組件與CCD組件的功率比計算此百分比。遮蔽意指鏡頭與TV鏡頭的整體表現(xiàn)，可使用遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)以縮小遮蔽的情況。

十三、色差：

在鏡頭光學(xué)統(tǒng)中，形成影像的位置與影像放大倍率隨光線波長的不同而不同。不同波長的光線有不同的顏色，這叫做色彩失真。光學(xué)軸上的失真叫做色彩失真。放大倍率的差異則叫做放大倍率色彩失真。

十四、工作距離（WD）（mm）：

工作距離指鏡頭第一個工作面到被測物體的距離。

十五、物像間距離O／I（Object to Imager）

OI指物體到結(jié)像平面的距離。

十六、焦距f（mm）后焦距／前焦距

焦距為光學(xué)系統(tǒng)的主光點到焦點的距離。從最后一片鏡頭的頂點到后焦點的距離，為后焦距。從第一片鏡頭的頂點到前焦點的距離，為前焦距。

審核編輯 黃昊宇