工業(yè)相機鏡頭的基礎(chǔ)知識!

1、13-4 3-4 工業(yè)鏡頭的接口工業(yè)鏡頭的接口5 5 工業(yè)鏡頭的基本參數(shù)工業(yè)鏡頭的基本參數(shù)6 6 工業(yè)工業(yè)7 7 光學(xué)光學(xué)8 8 顯示顯示工業(yè)鏡頭的主要類別：分類方式工業(yè)鏡頭的主要類別：分類方式22-23 22-23 25 25 目錄目錄2工業(yè)鏡頭的接口工業(yè)鏡頭的接口 物鏡的接口尺寸是有國際標(biāo)準(zhǔn)的，共有三種接口型式，即物鏡的接口尺寸是有國際標(biāo)準(zhǔn)的，共有三種接口型式，即F F型、型、C C型、型、CSCS型。型。F F型接口是通用型接口，一般適用于焦距大于型接口是通用型接口，一般適用于焦距大于2525mmmm的鏡頭；而當(dāng)物鏡的焦距約小于的鏡頭；而當(dāng)物鏡的焦距約小于2525mmmm時，因物鏡的尺寸

2、不大，時，因物鏡的尺寸不大，便采用便采用C C型或型或CSCS型接口。型接口。3工業(yè)鏡頭的接口工業(yè)鏡頭的接口C C接口和接口和CSCS接口的區(qū)別接口的區(qū)別 C C與與CSCS接口的區(qū)別在于鏡頭與攝像機接觸面至鏡頭焦平面接口的區(qū)別在于鏡頭與攝像機接觸面至鏡頭焦平面（攝像機（攝像機CCDCCD光電感應(yīng)器應(yīng)處的位置）的距離不同，光電感應(yīng)器應(yīng)處的位置）的距離不同，C C型接型接口此距離為口此距離為17.5mm., CS17.5mm., CS型接口此距離為型接口此距離為12.5mm.12.5mm.。 C C型鏡頭與型鏡頭與C C型攝像機，型攝像機，CSCS型鏡頭與型鏡頭與CSCS型攝像機可以配合使型攝像

3、機可以配合使用。用。C C型鏡頭與型鏡頭與CSCS型攝像機之間增加一個型攝像機之間增加一個 5mm5mm的的C/CSC/CS轉(zhuǎn)接環(huán)轉(zhuǎn)接環(huán)可以配合使用?？梢耘浜鲜褂谩SCS型鏡頭與型鏡頭與C C型攝像機無法配合使用。型攝像機無法配合使用。4視場視場(Field of view, 即即FOV，也叫視野范圍，也叫視野范圍) ：指觀測物體的可視范圍，也就是充滿相機采集芯片的物體部分。（視場范圍是選型中必須要了解的）工作距離工作距離(Working Distance,即即WD):指從鏡頭前部到受檢驗物體的距離。即清晰成像的表面距離（選型必須要了解的問題，工作距離是否可調(diào)？包括是否有安裝空間等）分辨率：

4、分辨率：圖像系統(tǒng)可以測到的受檢驗物體上的最小可分辨特征尺寸。在多數(shù)情況下，視野越小，分辨率越好。景深景深 (Depth of view，即，即DOF)：物體離最佳焦點較近或較遠時，鏡頭保持所需分辨率的能力（需要了解客戶對景深是否有特殊要求？）圖圖 1: 鏡頭基本參數(shù)示意圖鏡頭基本參數(shù)示意圖工業(yè)鏡頭的基本參數(shù)工業(yè)鏡頭的基本參數(shù)5工業(yè)鏡頭的其他參數(shù)工業(yè)鏡頭的其他參數(shù) 感光芯片尺寸感光芯片尺寸：相機感光芯片的有效區(qū)域尺寸，一般指水平尺寸。這個參數(shù)對于決定合適的鏡頭縮放比例以獲取想要的視場非常重要。鏡頭主要縮放比例 (PMAG) 由感光芯片的尺寸和視場的比率來定義。雖然基本參數(shù)包括感光芯片的尺寸和視場

5、，但PMAG卻不屬于基本參數(shù)。 焦距（焦距（f f）焦距，是光學(xué)系統(tǒng)中衡量光的聚集或發(fā)散的度量方式，指從透鏡的光心到光聚集之焦點的距離。亦是照相機中，從鏡片中心到底片或CCD等成像平面的距離。（需要記住的公式） f=工作距離/視野范圍長邊（或短邊）X CCD長邊（或短） 焦距大小的影響情況：焦距大小的影響情況： 焦距越小，景深越大； 焦距越小，畸變越大； 焦距越小，漸暈現(xiàn)象越嚴(yán)重，使像差邊緣的照度降低；6解析度解析度表示一組物鏡所能見到了2點的最小間隔 解像力解像力mm中間可以看到黑白線的條數(shù)。單位（lp）/mm.0.61x 使用波長()/ NA=解析度()以上的計算方法理論上可以計算出解析度

6、，但不包括失真。使用波長為550nm MTF（Modulation Transfer Function）成像時再現(xiàn)物體表面的濃淡變化而使用的空間周波數(shù)和對比度。7 失真（失真（distortion）：（）：（衡量鏡頭性能的指標(biāo)之一） 又稱畸變，指被攝物平面內(nèi)的主軸外直線，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像后變?yōu)榍€，則此光學(xué)系統(tǒng)的成像誤差稱為畸變。畸變像差只影響影像的幾何形狀，而不影響影像的清晰度。光圈與光圈與F值值 光圈是一個用來控制鏡頭通光量裝置，它通常是在鏡頭內(nèi)。表達光圈大小我們是用F值，如f1。4，f2，f2。8 etc8工業(yè)鏡頭各參數(shù)間相互影響關(guān)系工業(yè)鏡頭各參數(shù)間相互影響關(guān)系光圈大小的影響情況：光圈大小

7、的影響情況： 光圈越大，圖像亮度越高；景深越小；分辨率越高；像場中央與邊緣：像場中央與邊緣：一般像場中心較邊緣分辨率高；像場中心較邊緣光場照度高光波長度的影響：光波長度的影響：在相同的工業(yè)相機及鏡頭參數(shù)條件下，照明光源的光波波長越短，得到的圖像的分辨力越高。所以在需要精密尺寸及位置測量的視覺系統(tǒng)中，盡量采用短波長的單色光作為照明光源，對提高系統(tǒng)精度有很大的作用。9用于計算主要縮放比例的公式如下：用于計算主要縮放比例的公式如下：PMAG = 感光芯片尺寸感光芯片尺寸 (mm) / 視場視場 (mm)圖圖 2: 主要縮放比例、感光芯片尺寸和視場的關(guān)系示意圖主要縮放比例、感光芯片尺寸和視場的關(guān)系示意

8、圖光學(xué)放大倍數(shù)光學(xué)放大倍數(shù)1011顯示放大倍數(shù)顯示放大倍數(shù)顯示放大倍率在顯微中應(yīng)用非常廣泛，被測物體的顯示放大倍率取決于三個因素：鏡頭光學(xué)倍率、工業(yè)相機感光芯片的尺寸（靶面大小）、顯示器尺寸。顯示放大倍率=鏡頭光學(xué)倍率顯示器尺寸25.4/耙面對角線尺寸12工業(yè)鏡頭的主要類別：分類方式工業(yè)鏡頭的主要類別：分類方式 按焦距劃分：定焦和變焦按焦距劃分：定焦和變焦 按光圈劃分：固定光圈和可變光圈按光圈劃分：固定光圈和可變光圈 按接口劃分：按接口劃分：C接口、接口、CS接口、接口、F接口等接口等 按倍數(shù)劃分：定倍鏡頭、連續(xù)變倍鏡頭按倍數(shù)劃分：定倍鏡頭、連續(xù)變倍鏡頭 機器視覺行業(yè)常用到的很重要的鏡頭主要包

9、機器視覺行業(yè)常用到的很重要的鏡頭主要包括括FA鏡頭，遠心鏡頭和工業(yè)顯微鏡鏡頭，遠心鏡頭和工業(yè)顯微鏡 等等13工業(yè)鏡頭的主要類別：常用攝像物鏡工業(yè)鏡頭的主要類別：常用攝像物鏡主要參數(shù)有焦距f 光圈數(shù)F和視場2. 經(jīng)驗公式：1/F *tanf=CF F型接口類型攝像物鏡焦距表型接口類型攝像物鏡焦距表（mmmm）C,CSC,CS型接口類型攝像物鏡焦距表型接口類型攝像物鏡焦距表( (mm)mm)類型魚眼型超廣角型廣角型標(biāo)準(zhǔn)型焦距7.5,1517,2024,28,3550類型1/31/3 ,1/2 2/3 ,1 焦距2.8-3.53.5-68-75常用攝像物鏡參數(shù)常用攝像物鏡參數(shù)14接圈接圈 簡單的近攝

10、物鏡是在照相鏡頭和CCD相機之間加入一個接圈，見圖1.118 ，由此，CCD的敏感面可以位于照相鏡頭的像方焦面的外面一段距離，從而可以攝取到較近距離目標(biāo)的像，但它受到圖像清晰度的限制。工業(yè)鏡頭的主要類別：近攝物鏡工業(yè)鏡頭的主要類別：近攝物鏡 近攝物鏡近攝物鏡15近攝透鏡近攝透鏡 在攝像物鏡前端擰上一個近攝透鏡，可以攝取到更近距離目標(biāo)的像。采用近攝鏡后，目標(biāo)像的畸變增大了，為此，近攝透鏡的屈光率不能太大，使原工作距離的縮短量一般不超過20。工業(yè)鏡頭的主要類別：近攝物鏡工業(yè)鏡頭的主要類別：近攝物鏡 近攝物鏡近攝物鏡16與近攝物鏡相反，為了對遠距離目標(biāo)攝取到清晰圖像，要采用遠攝物鏡。這種物鏡是一長焦

11、距物鏡。遠攝物鏡可以是折射系統(tǒng)、反射系統(tǒng)或折反射系統(tǒng)。反射式遠攝物鏡常采用卡塞格林式遠攝物鏡.折反式遠攝物鏡由于采用前部校正透鏡，其成像質(zhì)量更加良好.工業(yè)鏡頭的主要類別：遠攝物鏡工業(yè)鏡頭的主要類別：遠攝物鏡 遠攝物鏡遠攝物鏡17遠心鏡頭特性遠心鏡頭特性 物方遠心鏡頭可以消除透視畸變，像方遠心鏡頭可以獲得更好的像面照度的均勻性。18物方遠心物鏡物方遠心物鏡采用平行光路設(shè)計，物方遠心物鏡是將孔徑光闌放置在光學(xué)系統(tǒng)的像方焦平面上。工業(yè)鏡頭的主要類別：遠心鏡頭工業(yè)鏡頭的主要類別：遠心鏡頭 遠心鏡頭遠心鏡頭19像方遠心光路像方遠心光路像方遠心光路是將孔徑光闌放置在光學(xué)系統(tǒng)的物 方焦平面上，而像方的主光線

12、平行于光軸。工業(yè)鏡頭的主要類別：遠心物鏡工業(yè)鏡頭的主要類別：遠心物鏡 遠心物鏡遠心物鏡20在測量系統(tǒng)中，物距常發(fā)生變化，從而使像高發(fā)生變化，所以測得的物體尺寸也發(fā)生變化，即產(chǎn)生了測量誤差；即使物距是固定的，也會因為CCD敏感表面不易精確調(diào)整在像平面上，同樣親會產(chǎn)生測量誤差。采用遠心物鏡中的像方遠心物鏡可以消除物距變化帶來的測量誤差，而物方遠心物鏡則可以消除CCD位置不準(zhǔn)帶來的測量誤差。工業(yè)鏡頭的主要類別：遠心物鏡工業(yè)鏡頭的主要類別：遠心物鏡遠心物鏡遠心物鏡21遠距物鏡是一種焦距很長而鏡筒較短的物鏡，從物鏡前表面到像平面的距離小于焦距，這對于長焦距物鏡來說，有利于縮短物鏡的軸向尺寸。按照上述原理

13、構(gòu)成的遠距物鏡，結(jié)構(gòu)型式是各種各樣的，尤其是前組，由于負(fù)擔(dān)較大的光焦度，結(jié)構(gòu)一般要比后組復(fù)雜。工業(yè)鏡頭的主要類別：遠距物鏡工業(yè)鏡頭的主要類別：遠距物鏡 遠距物鏡遠距物鏡22反遠鏡是一種焦距較短而后截距很長的物鏡，這樣，在物鏡和CCD之間可以加入分光鏡，以實現(xiàn)取景等作用。工業(yè)鏡頭的主要類別：反遠距物鏡工業(yè)鏡頭的主要類別：反遠距物鏡 反遠距物鏡23畸變物鏡能夠在它的像中預(yù)先引入規(guī)定的畸變。當(dāng)物鏡存在很大的負(fù)畸變時，實際上能夠拍攝角視場超過180的物空間。這種物鏡用于宇航研究、氣像測量中。吉柳在1930年首先成功地實現(xiàn)了角視場180o和相對孔徑1：22的畸變物鏡（圖1.130b）?；兾镧R可以按照反

14、遠距物鏡的光路圖作出。第一組由一或二個透鏡組成，并造成很大的畸變（圖c、d）。第二透鏡組用于校正像差，以便獲得清晰的像。為了研制超廣角物鏡，像場角余弦四次方的影響是最大的障礙。但是由于負(fù)的畸變，在像場邊緣上光束深縮，因而在像場邊緣上實際光學(xué)密度并不比視場中心低。工業(yè)鏡頭的主要類別：畸變物鏡工業(yè)鏡頭的主要類別：畸變物鏡 畸變物鏡24常用的工業(yè)鏡頭品牌常用的工業(yè)鏡頭品牌品牌品牌產(chǎn)地產(chǎn)地鏡頭類型鏡頭類型施耐德施耐德SchneiderSchneider德國定焦、遠心卡爾蔡司卡爾蔡司ZeissZeiss德國定焦、遠心TronTron日本定焦、定倍、遠心、連續(xù)變倍MoritexMoritex日本定焦、定倍

15、、遠心、連續(xù)變倍SPACECOMSPACECOM日本百萬像素定焦COMPUTARCOMPUTAR日本百萬像素定焦賓得賓得PENTAXPENTAX日本百萬像素定焦騰龍騰龍TAMRONTAMRON日本百萬像素定焦精工精工日本百萬像素定焦VSVS日本定焦、定倍、遠心、連續(xù)變倍KOWAKOWA日本百萬像素定焦25常用的工業(yè)鏡頭品牌及代理商常用的工業(yè)鏡頭品牌及代理商品牌品牌產(chǎn)地產(chǎn)地參數(shù)參數(shù)主要代理商主要代理商NavitarNavitarhttp:/http:/NavitarNom美國Zoom6000系列（0.7x-4.5x）凌云、西努、嘉銘、華信東方 、視覺龍OptemO美國0.7x-4.5x（65XL

16、系列） 1x-7x（70XL系列）Tron Tron 日本CMZ0745（0.75x-4.5x）CMZ0215（0.25x-1.5x）光圈景深可調(diào) 凌云VSVSwww.vst.co.jpwww.vst.co.jp日本VSZ 系列英圖MoritexM.hkhk日本ML-Z07545（0.7x-4.5x）西努、華信東方 26常用鏡頭圖片定倍遠心鏡頭Navitar zoom6000連續(xù)變倍鏡頭組件Navitar zoom6000連續(xù)變倍鏡頭定焦鏡頭27工業(yè)鏡頭的選擇要點工業(yè)鏡頭的選擇要點1、視野范圍、光學(xué)放大倍數(shù)及期望的工作距離：在選擇、視野范圍、光學(xué)放大倍數(shù)及期望的工作距離：在選擇鏡頭時，我們會選擇比被測物體視野稍大一點的鏡頭，鏡頭時，我們會選擇比被測物體視野稍大一點的鏡頭，以有利于運動控制。以有利于運動控制。2、景深要求：對于對景深有要求的項目，盡可能使用小、景深要求：對于對景深有要求的項目，盡可能使用小的光圈；在選擇放大倍率的鏡頭時，在項目許可下盡可的光圈；在選擇放大倍率的鏡頭時，在項目許可下盡可能選用低倍率鏡頭。如果項目要求比較苛刻時，傾向選能選用低倍率鏡頭。如果項目要求比較苛刻時，傾向選擇高景深的尖端鏡頭。擇高景深的尖端鏡頭。3、