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1、工业相机镜头基础知识工业镜头的接口工业镜头的接口 物镜的接口尺寸是有国际标准的，共有三种接口型式，即物镜的接口尺寸是有国际标准的，共有三种接口型式，即F F型、型、C C型、型、CSCS型。型。F F型接口是通用型接口，一般适用于焦距大于型接口是通用型接口，一般适用于焦距大于2525mmmm的镜头；而当物镜的焦距约小于的镜头；而当物镜的焦距约小于2525mmmm时，因物镜的尺寸不大，时，因物镜的尺寸不大，便采用便采用C C型或型或CSCS型接口。型接口。2工业镜头的接口工业镜头的接口C C接口和接口和CSCS接口的区别接口的区别C C与与CSCS接口的区别在于镜头与摄像机接触面至镜头焦平面接口
2、的区别在于镜头与摄像机接触面至镜头焦平面（摄像机（摄像机CCDCCD光电感应器应处的位置）的距离不同，光电感应器应处的位置）的距离不同，C C型接型接口此距离为口此距离为17.5mm.,CS17.5mm.,CS型接口此距离为型接口此距离为12.5mm.12.5mm.。C C型镜头与型镜头与C C型摄像机，型摄像机，CSCS型镜头与型镜头与CSCS型摄像机可以配合使型摄像机可以配合使用。用。C C型镜头与型镜头与CSCS型摄像机之间增加一个型摄像机之间增加一个 5mm5mm的的C/CSC/CS转接环转接环可以配合使用。可以配合使用。CSCS型镜头与型镜头与C C型摄像机无法配合使用。型摄像机无法
3、配合使用。3视场视场(Fieldofview,即即FOV，也叫视野范围，也叫视野范围)：指观测物体的可视范围，也就是充满相机采集芯片的物体部分。（视场范围是选型中必须要了解的）工作距离工作距离(WorkingDistance,即即WD):指从镜头前部到受检验物体的距离。即清晰成像的表面距离（选型必须要了解的问题，工作距离是否可调？包括是否有安装空间等）分辨率：分辨率：图像系统可以测到的受检验物体上的最小可分辨特征尺寸。在多数情况下，视野越小，分辨率越好。景深景深(Depthofview，即，即DOF)：物体离最佳焦点较近或较远时，镜头保持所需分辨率的能力（需要了解客户对景深是否有特殊要求？）图
4、图1:镜头基本参数示意图镜头基本参数示意图工业镜头的基本参数工业镜头的基本参数4工业镜头的其他参数工业镜头的其他参数 感光芯片尺寸感光芯片尺寸：相机感光芯片的有效区域尺寸，一般指水平尺寸。这个参数对于决定合适的镜头缩放比例以获取想要的视场非常重要。镜头主要缩放比例(PMAG)由感光芯片的尺寸和视场的比率来定义。虽然基本参数包括感光芯片的尺寸和视场，但PMAG却不属于基本参数。焦距（焦距（f f）焦距，是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式，指从透镜的光心到光聚集之焦点的距离。亦是照相机中，从镜片中心到底片或CCD等成像平面的距离。（需要记住的公式）f=工作距离/视野范围长边（或短边）X CC
5、D长边（或短）焦距大小的影响情况：焦距大小的影响情况：焦距越小，景深越大；焦距越小，畸变越大；焦距越小，渐晕现象越严重，使像差边缘的照度降低；5解析度解析度表示一组物镜所能见到了2点的最小间隔 解像力解像力mm中间可以看到黑白线的条数。单位（lp）/mm.0.61x 使用波长()/NA=解析度()以上的计算方法理论上可以计算出解析度，但不包括失真。使用波长为550nm MTF（Modulation Transfer Function）成像时再现物体表面的浓淡变化而使用的空间周波数和对比度。6 失真（失真（distortion）：（）：（衡量镜头性能的指标之一）又称畸变，指被摄物平面内的主轴外直
6、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。畸变像差只影响影像的几何形状，而不影响影像的清晰度。光圈与光圈与F值值 光圈是一个用来控制镜头通光量装置，它通常是在镜头内。表达光圈大小我们是用F值，如f1。4，f2，f2。8 etc7工业镜头各参数间相互影响关系工业镜头各参数间相互影响关系光圈大小的影响情况：光圈大小的影响情况：光圈越大，图像亮度越高；景深越小；分辨率越高；像场中央与边缘：像场中央与边缘：一般像场中心较边缘分辨率高；像场中心较边缘光场照度高光波长度的影响：光波长度的影响：在相同的工业相机及镜头参数条件下，照明光源的光波波长越短，得到的图像的分辨力越高。所以在需要精
7、密尺寸及位置测量的视觉系统中，尽量采用短波长的单色光作为照明光源，对提高系统精度有很大的作用。8用于计算主要缩放比例的公式如下：用于计算主要缩放比例的公式如下：PMAG=感光芯片尺寸感光芯片尺寸(mm)/视场视场(mm)图图2:主要缩放比例、感光芯片尺寸和视场的关系示意图主要缩放比例、感光芯片尺寸和视场的关系示意图光学放大倍数光学放大倍数910显示放大倍数显示放大倍数显示放大倍率在显微中应用非常广泛，被测物体的显示放大倍率取决于三个因素：镜头光学倍率、工业相机感光芯片的尺寸（靶面大小）、显示器尺寸。显示放大倍率=镜头光学倍率显示器尺寸25.4/耙面对角线尺寸11工业镜头的主要类别：分类方式工业
8、镜头的主要类别：分类方式按焦距划分：定焦和变焦按焦距划分：定焦和变焦按光圈划分：固定光圈和可变光圈按光圈划分：固定光圈和可变光圈按接口划分：按接口划分：C接口、接口、CS接口、接口、F接口等接口等按倍数划分：定倍镜头、连续变倍镜头按倍数划分：定倍镜头、连续变倍镜头机器视觉行业常用到的很重要的镜头主要包括机器视觉行业常用到的很重要的镜头主要包括FA镜头，远心镜头和工业显微镜镜头，远心镜头和工业显微镜等等12工业镜头的主要类别：常用摄像物镜工业镜头的主要类别：常用摄像物镜主要参数有焦距f光圈数F和视场2.经验公式：1/F*tanf=CF F型接口类型摄像物镜焦距表型接口类型摄像物镜焦距表（mmmm
9、）C,CSC,CS型接口类型摄像物镜焦距表型接口类型摄像物镜焦距表(mm)mm)常用摄像物镜参数常用摄像物镜参数13接圈接圈 简单的近摄物镜是在照相镜头和CCD相机之间加入一个接圈，见图1.118，由此，CCD的敏感面可以位于照相镜头的像方焦面的外面一段距离，从而可以摄取到较近距离目标的像，但它受到图像清晰度的限制。工业镜头的主要类别：近摄物镜工业镜头的主要类别：近摄物镜近摄物镜近摄物镜14近摄透镜近摄透镜 在摄像物镜前端拧上一个近摄透镜，可以摄取到更近距离目标的像。采用近摄镜后，目标像的畸变增大了，为此，近摄透镜的屈光率不能太大，使原工作距离的缩短量一般不超过20。工业镜头的主要类别：近摄物
10、镜工业镜头的主要类别：近摄物镜近摄物镜近摄物镜15与近摄物镜相反，为了对远距离目标摄取到清晰图像，要采用远摄物镜。这种物镜是一长焦距物镜。远摄物镜可以是折射系统、反射系统或折反射系统。反射式远摄物镜常采用卡塞格林式远摄物镜.折反式远摄物镜由于采用前部校正透镜，其成像质量更加良好.工业镜头的主要类别：远摄物镜工业镜头的主要类别：远摄物镜远摄物镜远摄物镜16远心镜头特性远心镜头特性 物方远心镜头可以消除透视畸变，像方远心镜头可以获得更好的像面照度的均匀性。17物方远心物镜物方远心物镜采用平行光路设计，物方远心物镜是将孔径光阑放置在光学系统的像方焦平面上。工业镜头的主要类别：远心镜头工业镜头的主要类
11、别：远心镜头远心镜头远心镜头18像方远心光路像方远心光路像方远心光路是将孔径光阑放置在光学系统的物 方焦平面上，而像方的主光线平行于光轴。工业镜头的主要类别：远心物镜工业镜头的主要类别：远心物镜远心物镜远心物镜19在测量系统中，物距常发生变化，从而使像高发生变化，所以测得的物体尺寸也发生变化，即产生了测量误差；即使物距是固定的，也会因为CCD敏感表面不易精确调整在像平面上，同样亲会产生测量误差。采用远心物镜中的像方远心物镜可以消除物距变化带来的测量误差，而物方远心物镜则可以消除CCD位置不准带来的测量误差。工业镜头的主要类别：远心物镜工业镜头的主要类别：远心物镜远心物镜远心物镜20远距物镜是一
12、种焦距很长而镜筒较短的物镜，从物镜前表面到像平面的距离小于焦距，这对于长焦距物镜来说，有利于缩短物镜的轴向尺寸。按照上述原理构成的远距物镜，结构型式是各种各样的，尤其是前组，由于负担较大的光焦度，结构一般要比后组复杂。工业镜头的主要类别：远距物镜工业镜头的主要类别：远距物镜远距物镜远距物镜21反远镜是一种焦距较短而后截距很长的物镜，这样，在物镜和CCD之间可以加入分光镜，以实现取景等作用。工业镜头的主要类别：反远距物镜工业镜头的主要类别：反远距物镜反远距物镜22畸变物镜能够在它的像中预先引入规定的畸变。当物镜存在很大的负畸变时，实际上能够拍摄角视场超过180的物空间。这种物镜用于宇航研究、气像
13、测量中。吉柳在1930年首先成功地实现了角视场180o和相对孔径1：22的畸变物镜（图1.130b）。畸变物镜可以按照反远距物镜的光路图作出。第一组由一或二个透镜组成，并造成很大的畸变（图c、d）。第二透镜组用于校正像差，以便获得清晰的像。为了研制超广角物镜，像场角余弦四次方的影响是最大的障碍。但是由于负的畸变，在像场边缘上光束深缩，因而在像场边缘上实际光学密度并不比视场中心低。工业镜头的主要类别：畸变物镜工业镜头的主要类别：畸变物镜畸变物镜23常用镜头图片定倍远心镜头Navitar zoom6000连续变倍镜头组件Navitar zoom6000连续变倍镜头定焦镜头24工业镜头的选择要点工业
14、镜头的选择要点1、视野范围、光学放大倍数及期望的工作距离：在选择、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，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。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、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。择高景深的尖端镜头。3、芯片大小和相机接口、芯片大小和相机接口：例如：例如2/3”镜头支持最大的工业镜头支持最大的工业相机耙面为相机耙面为2/3”,它是不能支持它是不能支持1英寸以上的工业相机。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、注意与光源的配合，选配合适的镜头。5、可安装空间：在方案可选择情况下，让客户更改设备、可安装空间：在方案可选择情况下，让客户更改设备尺寸是不现实的。尺寸是不现实的。对镜头的选择，我们首先必须先确定客户需求：对镜头的选择，我们首先必须先确定客户需求：25谢谢大家！