凱視佳工業(yè)相機(jī)技術(shù)手冊(cè)鏡頭選型篇

1、凱視佳工業(yè)相機(jī)：版本：發(fā)布日期：本文檔適用于所有的凱視佳黑白相機(jī)2015-5-14 2014-2015凱視佳光電設(shè)備 1凱視佳光電（）400：400-0300-601技術(shù)支持：http:/2015-5-14 2014-2015凱視佳光電設(shè)備 2. 1. 1一、 工業(yè)鏡頭簡(jiǎn)介4（一） 工業(yè)鏡頭的接口4（二） 工業(yè)鏡頭的參數(shù)4二、工業(yè)鏡頭各參數(shù)間相互影響關(guān)系6光學(xué)放大倍數(shù)7顯示放大倍數(shù)8工業(yè)鏡頭的主要類(lèi)別8工業(yè)鏡頭的選擇要點(diǎn)9工業(yè)鏡頭選型實(shí)例10三、四、五、六、七、2015-5-14 2014-2015凱視佳光電設(shè)備 3一、工業(yè)鏡頭簡(jiǎn)介（一）工業(yè)鏡頭的接口物鏡的接口尺寸是有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的，共有三種接口

2、型式，即 F 型、C 型、CS 型。F 型接口是通用型接口，一般適用于焦距大于 25mm 的鏡頭；而當(dāng)物鏡的焦距約小于 25mm 時(shí)，因物鏡的尺寸不大，便采用 C 型或 CS 型接口。C 接口和 CS 接口的區(qū)別:C 與 CS 接口的區(qū)別在于鏡頭與機(jī)接觸面至鏡頭焦平面（攝像機(jī) CCD 光電感應(yīng)器應(yīng)處的位置）的距離不同，C 型接口此距離為 17.5mm., CS 型接口此距離為 12.5mm.。C 型鏡頭與 C 型機(jī)，CS 型鏡頭與 CS 型機(jī)可以配合使用。C 型鏡頭與 CS 型攝像機(jī)之間增加一個(gè) 5mm 的 C/CS 轉(zhuǎn)接環(huán)可以配合使用。CS 型鏡頭與 C 型用。機(jī)無(wú)法配合使圖 1、C 接口和

3、 CS 接口的區(qū)別注意：凱視佳公司提供的工業(yè)相機(jī)的接口均是標(biāo)準(zhǔn) C 接口。（二）工業(yè)鏡頭的參數(shù)視場(chǎng)(Field of view, 即 FOV，也叫視野范圍) ：指觀測(cè)物體的可視范圍，也就是充滿相機(jī)的物體部分。（視場(chǎng)范圍是選型中必須要了解的）工作距離(Working Distance,即 WD):指從鏡頭前部到受檢驗(yàn)物體的距離。即清晰成像的表面距離（選型必須要了解，工作距離是否可調(diào)？包括是否有安裝空間等）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2015-5-14 2014-2015凱視佳光電設(shè)備 4越小，分辨率越好。景深 (Depth of view，即 D

4、OF)：物體離最佳焦點(diǎn)較近或較遠(yuǎn)時(shí)，鏡頭保持所需分辨率的能力。（需要了解客戶對(duì)景深是否有特殊要求？）圖 2 工業(yè)鏡頭基本參數(shù)的有效區(qū)域尺寸，一般指水平尺寸。這個(gè)參數(shù)對(duì)于決定感光尺寸：相機(jī)感光合適的鏡頭縮放比例以獲取想要的視場(chǎng)非常重要。鏡頭主要縮放比例 (PMAG) 由感光芯片的尺寸和視場(chǎng)的比率來(lái)定義。雖然基本參數(shù)包括感光的尺寸和視場(chǎng)，但 PMAG 卻不屬于基本參數(shù)。焦距（f）：焦距是光學(xué)系統(tǒng)中衡量光的或發(fā)散的度量方式，指從透鏡的光心到光之焦點(diǎn)的距離。亦是照相機(jī)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(zhǎng)邊（或短邊）X CCD 長(zhǎng)邊（或短）焦距大小

5、的影響情況：焦距越小，景深越大； 焦距越小，畸變?cè)酱螅?焦距越小，漸暈現(xiàn)象越嚴(yán)重，使像差邊緣的照度降低；度：表示一組物鏡所能見(jiàn)到了 2 點(diǎn)的最小間隔 。0.61x 使用波長(zhǎng)()/ NA=括失真。度()以上的計(jì)算方法理論上可以計(jì)算出度，但不使用波長(zhǎng)為 550nm2015-5-14 2014-2015凱視佳光電設(shè)備 5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?；兿癫钪挥绊懹跋竦膸缀涡螤?，而不影響影像的清晰度。圖 3、兩種不同的鏡頭畸變光圈與 F 值：光圈是一個(gè)用來(lái)控制鏡頭通光量裝置，它通

6、常是在鏡頭內(nèi)。表達(dá)光圈大是用 F 值，如 f1。4，f2，f2.8 等。小二、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：光圈越大，圖像亮度越高；景深越小；分辨率越高；如圖 4 所示。像場(chǎng)與邊緣：一般像場(chǎng)中心較邊緣分辨率高；像場(chǎng)中心較邊緣光場(chǎng)照度高。光波長(zhǎng)度的影響：在相同的工業(yè)相機(jī)及鏡頭參數(shù)條件下，照明光源的光波波長(zhǎng)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(cè)量的視覺(jué)系統(tǒng)中，盡量采用短波長(zhǎng)的單色光作為照明光源，對(duì)提高系統(tǒng)精度有很大的作用。2015-5-14 2014-2015凱視佳光電設(shè)備 6圖 4 光圈與景深之間的關(guān)系三、光學(xué)放大倍數(shù)用于計(jì)算主要縮放比例的公式如下：PMAG=

7、尺寸 (mm) /(mm)感光視場(chǎng)圖 5、主要縮放比例、感光尺寸和視場(chǎng)的關(guān)系示意圖2015-5-14 2014-2015凱視佳光電設(shè)備 7、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(cè)物體的顯示放大倍率取決于三個(gè)：鏡頭光學(xué)倍率、工業(yè)相機(jī)感光的尺寸（靶面大?。@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(duì)角線尺寸。圖 6 傳感器靶面尺寸示意圖圖 7 不同尺寸靶面與顯示器尺寸對(duì)應(yīng)的顯示放大倍數(shù)五、工業(yè)鏡頭的主要類(lèi)別按焦距劃分：定焦和變焦按光圈劃分：固定光圈和可變光圈2015-5-14 2014-2015凱視佳光電設(shè)備 8四按接口劃分：C 接口、CS 接口、F 接口等按倍數(shù)

8、劃分：定倍鏡頭、連續(xù)變倍鏡頭機(jī)器視覺(jué)行業(yè)常用到的很重要的鏡頭主要包括 FA 鏡頭，遠(yuǎn)心鏡頭和工業(yè)顯微鏡等。遠(yuǎn)心物鏡的特征：1)在測(cè)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(cè)得的物體尺寸也發(fā)生變化，即產(chǎn)生了測(cè)量誤差；2)即使物距是固定的，也會(huì)因?yàn)?CCD 敏感表面不易精確調(diào)整在像平面上，同樣親會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。3)采用遠(yuǎn)心物鏡中的像物鏡可以消除物距變化帶來(lái)的測(cè)量誤差，而物物鏡則可以消除 CCD 位置帶來(lái)的測(cè)量誤差。六、工業(yè)鏡頭的選擇要點(diǎn)對(duì)鏡頭的選擇，首先必須先確定客戶需求：1、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(shí)，視野稍大一點(diǎn)的鏡頭，以有利于運(yùn)動(dòng)控制。會(huì)選擇比被測(cè)物體2、

9、景深要求：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)目下盡可能選用低倍率鏡頭。如果項(xiàng)目要求比較苛刻時(shí)，傾向選擇高景深的尖端鏡頭。3、大小和相機(jī)接口 ：例如 2/3”鏡頭支持最大的工業(yè)相機(jī)耙面為 2/3”,它是不能支持 1 英寸以上的工業(yè)相機(jī)。4、注意與光源的配合，選配合適的鏡頭 。5、可安裝空間：在方案可選擇情況下，讓客戶更改設(shè)備尺寸是不現(xiàn)實(shí)的。工業(yè)鏡頭選型幾個(gè)：鏡頭是工業(yè)視覺(jué)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分正確地選擇鏡頭是視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的很重要的一環(huán)。這里給大家提供鏡頭選擇的一個(gè)基本思路。1. 工作波長(zhǎng)、變焦與定焦視覺(jué)系統(tǒng)通常使用環(huán)境是在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，這樣的鏡頭是最常用的，

10、也有一些系統(tǒng)比較特殊，使用環(huán)境是在紫外或者紅外波段，需要選用專(zhuān)門(mén)的紫外或者紅外鏡頭。大多數(shù)視覺(jué)系統(tǒng)的工作距離和放大倍數(shù)是不變的，因此鏡頭焦距也是固定的，但部分2015-5-14 2014-2015凱視佳光電設(shè)備 9系統(tǒng)需要在工作距離變化后保持放大倍數(shù)穩(wěn)定，或者在工作距離不變的情況下獲得不同的放大倍數(shù)，這樣需要選用變焦鏡頭。2.遠(yuǎn)心鏡頭與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)鏡頭對(duì)于精密測(cè)量的系統(tǒng)，需要選用遠(yuǎn)心鏡頭，它的特點(diǎn)是：物體在景深范圍內(nèi)移動(dòng)，光學(xué)放大倍數(shù)不變，這就避免了測(cè)試過(guò)程中工作距離的輕微改變導(dǎo)致系統(tǒng)放大倍數(shù)的變化，保證了系統(tǒng)規(guī)定測(cè)量精度。對(duì)于一般的工業(yè)測(cè)量、缺陷檢測(cè)或者定位等，對(duì)物體成像的放大倍率沒(méi)有嚴(yán)格要求，

11、只要選用畸變小的鏡頭，就可以滿足要求。3. 靶面大小與分辨率鏡頭成像面大小必須大于與之配套的 CCD 相機(jī)的靶面，這樣 CCD 相機(jī)的才能得到充分的利用。鏡頭的選擇要考慮其分辨率要與相機(jī)的像元大小等匹配，這樣設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能充分利用CCD 相機(jī)的分辨精度，還能使系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最佳。4. 視場(chǎng)角與焦距通過(guò)系統(tǒng)要求的視場(chǎng)角可以找到對(duì)應(yīng)焦距的鏡頭，而通過(guò)系統(tǒng)提供的分辨率和相機(jī)的像元等參數(shù)，可以利用基本的幾何光學(xué)原理計(jì)算出合適的系統(tǒng)焦距。七、工業(yè)鏡頭選型實(shí)例下面來(lái)看一個(gè)實(shí)際的鏡頭選型的例子：為視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)選擇鏡頭，已知條件是：相機(jī)靶面為 2/3”，像元尺寸為 6.45um x6.45um ，C-mount，工作距離大于 200mm，系統(tǒng)分辨率為 0.05mm， 光源采用白色 LED 光源。第一：因?yàn)椴捎冒咨庠矗钥隙ㄊ瞧胀ǖ目梢?jiàn)光鏡頭；第二：工作距離不變，分辨率固定，可以知道鏡頭是定焦鏡頭；第三：相機(jī)的 Nyquist 頻率為：1000/(2x6.45)=77.5，所選用的鏡頭分辨率應(yīng)該不小于 77.5lp/mm，這樣才能保證系統(tǒng)分辨率最佳；第四：工作焦距計(jì)算：鏡頭放大倍數(shù)為 M=6.45/(0.05X1000)=0.13，焦距=工作距離*放大倍數(shù)/（