工业镜头在机器视觉上应用基础
发布时间  |  2018-12-11 10:26:50
在机器视觉的应用中,工业相机为什么需要镜头呢?
zlkc中联科创镜头等同于镜孔成像中镜孔的作用,所不同的是,一方面镜头的透光孔径比针孔大很多倍,能在同等时间内接纳更多的光线,使相机能在很短时间内(毫秒到秒级)获得适当的曝光;另一方面,镜头能够聚集光束,可以在相机胶片上产生比针孔成像效果更为清晰的影像;
工业镜头的组成:
机器视觉常用定焦镜头,并且都是手动调整光圈,一般不允许自动调整光圈,镜头上有调焦和调光圈两个环,为了防止误碰动,工业镜头的两个环都有锁定螺丝。
注意调焦环不是用来调整焦距,而是调整像距,保证清晰图像落在焦平面上
工业镜头的接口:
物镜的接口有三种国际标准:F接口、C接口和CS接口。F接口是通用型接口,一般适用于焦距大于25mm的镜头,当物镜的焦距小于25mm时,物镜的尺寸不大,一般采用C型或CS型接口。
C和CS型接口的区别:
C与CS型接口的区别在于镜头与相机接触面(基准面)至相机焦平面(摄像机CCD光电感应器所处位置)的距离,即法兰距不同,C型接口法兰距为17,562mm,CS型接口法兰距为12.5mm。
C型接口镜头与CS型相机之间增加一个5mm的C/CS转接环可以配合使用,CS型接口与C型接口相机无法配合使用。
工业镜头的基本参数
视场:Field of View,即FOW,也叫视野范围,指可以观测到的物体的可视范围。
作距离:Working Distance,指从镜头前部到受检物体表面的距离,在该距离下镜头可以清晰成像。

分辨率:Resolution,指镜头可清晰分辨被拍摄物体细节的能力,在像平面1mm内可以分辨开的黑白相间的线条对数,分辨率的单位是“线对/毫米”(lp/mm)。一般说的百万象素级的镜头,分辨率为100线对/mm。

景深:Depth of View,在景物空间中,位于调焦平面前后一定距离内还能够清晰成像的纵深距离,也就是在实际像平面上获得相对清晰影像的景物精简深度范围。

焦距:Focal Length,焦距是从镜头的中心点到焦平面上所形成的清晰影像之间的距离,焦距数值小,视角大,所观察到的范围也大,但距离远的物体成像不是很清晰,焦距数值大,视角小,观察范围小,但距离较远的物体也可以清晰成像,有定焦和变焦两种镜头型号。相见的工业镜头焦距有:5mm、8mm、12mm、25mm、35mm、50mm、75mm等。一般来讲,焦距越小,价格越贵。
光圈:Iris,是一个用来控制光线透过镜头进入机身内感光面光量的装置,在拍摄高速运动物体时候,由于曝光时间短,需要使用大光圈。光圈大小一般用F表示,以镜头焦距f和通光孔径直径D的比值来衡量,当光圈物理孔径不变时,镜头中心与感光器件距离越远,F值越大,光圈越小;反之,F值越小,光圈越大。一般通过调整通光孔径大小来调节光圈,完整的光圈数值系列如下:F1,F1.4,F2,F2.8,F4,F5.6,F8,F11,F16,F22,F32,F44,F64。
光圈F数值每升高一个等级,意味着通光孔径的面积即进光量降低一半。

最大兼容CCD尺寸

所有镜头都只能在一定的范围内清晰成像,最大兼容CCD尺寸是指镜头能支持的最大清晰成像的范围。在实践选择相机和镜头时,要注意所选择的镜头的最大兼容CCD尺寸要大于或等于相机芯片的尺寸。CCD芯片尺寸的大小如下图所示:

镜头畸变
镜头在成像时,特别是用短焦距镜头拍摄大视场,图像会产生形变,这种情况叫做镜头的畸变,这是由于镜头的光学结构和成像特性导致的,原因是由于视野中局部放大倍数不一致造成的图像扭曲。拍摄的视场越大,所用的镜头的焦距越短,畸变的程度就越明显,一般有桶型畸变和枕型畸变两种,可以通过图像标定减弱这种平面畸变的影响。

ZLKC中联科创镜头的选择:

1、视野范围、光学放大倍数及期望的工作距离:在选择镜头时,我们会选择比被测物体视野稍大一点的镜头,以有利于运动控制。

2、景深要求:对于对景深有要求的项目,尽可能使用小的光圈;在选择放大倍率的镜头时,在项目许可下尽可能选用低倍率镜头。如果项目要求比较苛刻时,倾向选择高景深的尖端镜头。

3、芯片大小和相机接口 :例如中联科创2/3”镜头支持最大的工业相机耙面为2/3”,它是不能支持1英寸以上的工业相机。
4、注意与光源的配合,选配合适的镜头 。