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机器视觉:工业镜头基础知识

机器视觉:工业镜头基础知识 成都佳洋光电科技有限公司
2023-05-11
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导读:工业镜头是用于工业相机的专业镜头。是机器视觉工业的开头

1、什么叫工业镜头?

工业镜头(Industrial lens)是用于工业相机的专业镜头。通过光学或电子信号将光线转换成数码信号,提供给计算机进行处理,它具有高分辨率、高对比度和防抖等功能,实现高清晰度和稳定图像采集和处理。

2、工业镜头的作用

工业相机中用于实时采集高清晰度和稳定性的图像,工业镜头通常具有不同焦距、光圈和视角,并且可以在不同环境和条件下使用,比如弱光、高温、潮湿等。配合各种工业视觉软件,获取更多精确可靠的数据,用于工业自动化生产控制、品质检测、机器人导航、物料识别等应用。


 概述  在机器视觉系统中,镜头的主要作用就是将目标成像在图像传感器的光敏面上。镜头的质量直接影响到机器视觉系统的整体性能,合理选择镜头和安装镜头,是机器视觉系统设计的重要环节。

光学镜头的基本原理

机器视觉镜头的光学系统一般是由若干组透镜组成。每组透镜可能是一个单透镜,也可能是由两片或两片以上单片透镜互相胶合而成。
机器视觉镜头都是厚透镜。但在大多数情况下,薄透镜的几何关系和参数计算,可以用来作为选择镜头的依据。 


主要参数-工作距离与成像尺寸

工作距离(Working Distance):一般指镜头前端到被测物体的距离,小于最小工作距离一般不能清晰成像。核算公式(X/Y*16)

像面尺寸:指它能支持最大清晰成像范围(通常用直径表示)。超过这个范围成像模糊,对比度降低。所以在给工业镜头选配CCD时,可以遵循“大的兼容小的”原则进行。就是工业镜头的像面尺寸大于(或等于)CCD尺寸。


主要参数-焦距与视场角

焦距:指主点到焦点的距离,决定了像与实际物体之间的比例。

视场角:镜头的视场角决定了能够被覆盖拍摄景物的范围,视场角越大,视野就越大。

镜头焦距介绍

定焦距:焦距固定不变,可分为有光圈和无光圈两种。

       有光圈:镜头光圈的大小可以调节。根据环境光照的变化,应相应调节光圈的大小。光圈的大小可以通过手动或自动调节。人为手工调节光圈的,称为手动光圈;镜头自带微型电机自动调整光圈的,称为自动光圈。

     无光圈:即定光圈,其通光量是固定不变的。

变焦距:焦距可以根据需要进行调整,使被摄物体的图像放大或缩小。

      常用的变焦镜头为六倍、十倍变焦。

      三可变镜头:可调焦距、调聚焦、调光圈。

      二可变镜头:可调焦距、调聚焦、自动光圈。

主要参数-光圈

相对孔径:指镜头的入射光孔直径(D)与焦距(f)之比,即 D/f,主要影响像面的照度;

最大相对孔径:一般标示在镜头上,如1:1.2或f/1.2 ;

光圈系数:相对孔径的倒数称为光圈系数,用F表示,F =f /D。

主要参数-景深

景深(Depth Of Field):当把物镜调焦到某一拍摄对象时,在该对象的前后能在像面上呈清晰像的范围,。


主要参数-分辨率(Resolution)

指在像面处镜头在单位毫米内能够分辨的黑白相间的条纹对数,分辨率为1/2d,d为线宽,单位是”线对/毫米”(lp/mm);
理想镜头的分辨率完全由相对孔径所决定,相对孔径越大,F越小,分辨率就越高;在视场边缘,由于成像光束的孔径角比轴上点小,因此分辨率有所降低。


多数常用镜头分辨率在50lp/mm,相当水平分辨率700个像素,用于对分辨率要求不高的视觉系统,和相当于VGA级以下分辨率的相机相配。

百万像素级以上的镜头,镜头分辨率可达100lp/mm及以上,和相当于水平分辨率达1280的相机相配。

影响分辨率的主要因素:

1,镜头结构、材质、加工精度等。

2,镜头光圈越大,分辨率越高;

3,波长越短分辨率越高;

4,同档次的固定焦距镜头比变焦镜头分辨率高;

5,短焦镜头边缘分辨率比中心低,长焦镜头中心比边缘分辨率低。

主要参数-调制传递函数 (MTF: Modulation Transfer Function)

实际的摄影镜头,由于有较大的剩余像差,其分辨率要比理想镜头的分辨率低。通常用MTF来表征镜头的实际分辨率。
MTF定义为一定空间频率时像面对比度与物面对比度之比,这里空间频率用单位mm内的线对数来表示,单位为lp/mm。

            

主要参数-MTF曲线

在偏离像场中心的位置,由沿切线方向的线条与沿径向方向的线条的正弦光栅所测得的MTF值是不同的。将平行于直径的线条产生的MTF曲线称为弧矢曲线标为S(Sagittal),而将平行于切线的线条产生的MTF曲线称为子午曲线标为M(Meridional)。如此一来,厂商所测得的MTF曲线一般有两条,即S曲线和M曲线。


如何看MTF

1、MTF图像的横坐标从左至右,代表成像平面圆心到边缘的半径尺寸位置。最左边为零,为镜头中心,最右边是像场半径最边缘,视镜头像场大小而定,尺寸单位是毫米。

2、MTF曲线的纵坐标:从下到上,从零到1,没有单位,代表成像素质接近实物状况的百分比。1就是100%,1是一个理想值,现实中是不能达到的,曲线只能无限接近于1,但永不能等于1。

3、S 曲线与M 曲线越接近越好。

注意事项

  1、不要将不同焦距段、不同档次、不同规格(全幅、APS-C画幅)以及定焦和变焦等不同镜头的MTF 图进行比较,因为它们的特性受设计规格、光学特性、像差以及成本、用料的影响很大,不具有可比性。只有同档次、同规格镜头的MTF 图才具有比较意义。

   2、不要将不同厂家的镜头MTF 曲线图进行比较,因为各厂家所公布的MTF 曲线图均是在各自的测试环境下测量所得,而测试环境存在差异。

镜头的畸变

被摄物平面内的主轴外直线,经光学系统成像后变为曲线,则此光学系统的成像误差称为畸变。畸变像差只影响成像的几何形状,而不影响成像的清晰度。眼感觉不到小于2%的畸变。在进行精度较高的测量时,需要校正畸变。

短焦距镜头一般表现为桶形失真,

长焦距镜头一般表现为枕形失真。



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成都佳洋光电科技有限公司:是在“国产替代”的大背景下,更好的响应国防和科研的需要,创新专注为客户提供定制,生产视觉成像相关产品以及代理国内外优质资源等一站式服务提供商。电话(weixin同号)18227669970
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