工業(yè)鏡頭參數(shù)及選型參考

鏡頭的基本功能是實(shí)現(xiàn)光束變換（調(diào)制），在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中，鏡頭的主要作用是將目標(biāo)成像在圖像傳感器的光敏面上。鏡頭的質(zhì)量直接影響到機(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)。

01工作距離

工作距離指的是鏡頭的最下端到景物之間的距離。

需要注意的是“最小工作距離”在鏡頭上有兩個(gè)有刻度的調(diào)節(jié)圈，一個(gè)是調(diào)節(jié)光圈的，另一個(gè)是調(diào)焦的，在調(diào)焦的刻度圈上標(biāo)有此鏡頭的工作距離從最近到最遠(yuǎn)是多少。

02視場(chǎng)/視野范圍

視野范圍（FOV）指的是鏡頭能看到的最大范圍，也就是鏡頭所能覆蓋的有效工作區(qū)域。

03景深

視野指的是橫向的范圍，景深(DOF)指的是縱深的范圍。在最小工作距離到最大工作距離之間的范圍稱(chēng)為景深，景深內(nèi)的物體都可以清晰成像。景深一般可以通過(guò)光圈調(diào)節(jié)，光圈越小，景深越大。

可成清晰像的最遠(yuǎn)物平面稱(chēng)為遠(yuǎn)景平面，它與對(duì)準(zhǔn)平面的距離稱(chēng)為后景深ΔL2；能成清晰像的最近物平面稱(chēng)為近景平面，它與對(duì)準(zhǔn)平面的距離稱(chēng)為前景深ΔL1；景深ΔL=前景深ΔL1+后景深ΔL2；后景深 > 前景深。

景深與鏡頭使用光圈、鏡頭焦距、拍攝距離以及對(duì)像質(zhì)的要求(表現(xiàn)為對(duì)容許彌散圓的大小)有關(guān)。這些主要因素對(duì)景深的影響如下(假定其他條件都不改變)

(1)、鏡頭光圈

光圈越大，景深越??；光圈越小，景深越大；

(2)、鏡頭焦距

鏡頭焦距越長(zhǎng)，景深越小；焦距越短，景深越大；

(3)、拍攝距離

距離越遠(yuǎn)，景深越大；距離越近，景深越小。

對(duì)于對(duì)景深有要求的項(xiàng)目，盡可能使用小的光圈；在選擇放大倍率的鏡頭時(shí)，在項(xiàng)目許可下盡可能選用低倍率鏡頭。如果項(xiàng)目要求比較苛刻，傾向選擇高景深的尖端鏡頭。

04焦距

要了解焦距首先要知道成像面，成像面是入射光通過(guò)鏡頭后所成像的平面，這個(gè)面是一個(gè)圓形。

焦距就是鏡頭到成像面的距離（單位：毫米mm），通常所說(shuō)的50mm鏡頭，8mm鏡頭、75mm鏡頭等，指的就是焦距是多少的鏡頭。但在實(shí)際使用中，往往需要相機(jī)標(biāo)定，標(biāo)定的主要參數(shù)就是相機(jī)焦距。對(duì)于工業(yè)鏡頭而言，一般使用定焦鏡頭，即焦距f通常都是固定的鏡頭。

鏡頭焦距f=(工作距離D×相機(jī)傳感器短邊尺寸G) /物體寬度B，單位：mm。

焦距越小，視場(chǎng)角就越大，視野也就相應(yīng)的更大。因?yàn)榻咕嘁话阌泄潭ǖ闹?，?mm，8mm,所以實(shí)際焦距可以相應(yīng)選小一號(hào)的。（例如計(jì)算得到焦距為8.3，則可以選擇8mm焦距的鏡頭），因?yàn)榻咕嗥?，可能?huì)導(dǎo)致視野偏小，檢測(cè)不到完整的物體。

05視角

視角顧名思義就是視線(xiàn)的角度，也就是鏡頭能看多“寬”。焦距越小，視角越大；最小工作距離越短，視角越大。

對(duì)于普通的鏡頭來(lái)說(shuō)，選擇原則是：工作距離越近越好，鏡頭的畸變?cè)叫≡胶茫暯窃酱笤胶谩?/strong>

06分辨率

圖像系統(tǒng)可以測(cè)到的受檢驗(yàn)物體上的最小可分辨特征尺寸。在多數(shù)情況下，視野越小，分辨率越高。同時(shí)要注意，相機(jī)傳感器分辨率應(yīng)該是鏡頭分辨率的2倍，即相機(jī)和鏡頭的像元尺寸相等，才能呈現(xiàn)完好的成像質(zhì)量，不會(huì)造成資源浪費(fèi)。不然，則會(huì)造成相機(jī)或鏡頭的性能過(guò)剩。

07光圈

光圈（Iris）是一個(gè)用來(lái)控制光線(xiàn)透過(guò)鏡頭進(jìn)入機(jī)身內(nèi)感光面光量的裝置，在拍攝高速運(yùn)動(dòng)物體時(shí)，由于曝光時(shí)間短，需要使用大光圈。

光圈大小一般用F表示，以鏡頭焦距f和通光孔徑直徑D的比值來(lái)衡量，當(dāng)光圈物理孔徑不變時(shí)，鏡頭中心與感光器件距離越遠(yuǎn)，F(xiàn)值越大，光圈越??；反之，F(xiàn)值越小，光圈越大。

一般通過(guò)調(diào)整通光孔徑大小來(lái)調(diào)節(jié)光圈，完整的光圈數(shù)值系列如下：F1，F(xiàn)1.4，F(xiàn)2，F(xiàn)2.8，F(xiàn)4，F(xiàn)5.6，F(xiàn)8，F(xiàn)11，F(xiàn)16，F(xiàn)22，F(xiàn)32，F(xiàn)44，F(xiàn)64。

08鏡頭畸變

鏡頭在成像時(shí)，特別是用短焦距鏡頭拍攝大視場(chǎng)，圖像會(huì)產(chǎn)生形變，這種情況叫做鏡頭的畸變，這是由于鏡頭的光學(xué)結(jié)構(gòu)和成像特性導(dǎo)致的，原因是由于視野中局部放大倍數(shù)不一致造成的圖像扭曲。

拍攝的視場(chǎng)越大，所用的鏡頭的焦距越短，畸變的程度就越明顯，如果軸線(xiàn)外光線(xiàn)向中心彎曲，則被稱(chēng)作"枕形畸變"。如果向外側(cè)彎曲，則被稱(chēng)作"桶形畸變"，可以通過(guò)圖像標(biāo)定減弱這種平面畸變的影響。

畸變圖示

09鏡頭接口

鏡頭接口只要可跟相機(jī)接口匹配安裝或可通過(guò)外加轉(zhuǎn)換口匹配安裝就可以了，目前有C、CS、F、V、T2、Leica、M42x1、M75x0.75等接口。其中C口跟CS口是最常用的鏡頭接口，這兩者主要的區(qū)別是圖像傳感器與鏡頭之間的距離不同，這兩者類(lèi)型的接口沒(méi)有細(xì)分的，其C口的大小全都一樣；

10最大適配芯片尺寸

所有鏡頭都只能在一定的范圍內(nèi)清晰成像，最大適配芯片尺寸是指鏡頭能支持的最大清晰成像的范圍。在實(shí)踐選擇相機(jī)和鏡頭時(shí)，要注意所選擇的鏡頭的最大適配芯片尺寸要大于或等于相機(jī)的芯片尺寸，否則會(huì)引起嚴(yán)重的畸變和相差，甚至周邊或四角不能成像。

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