镜头分类与选型

镜头分类
镜头有多种分类方法：
按功能分类：定焦镜头、变焦(倍)镜头、定光圈镜头；
按用途分类：远心镜头、FA镜头、线扫镜头、微距镜头(或者显微镜头)；
按视角分类：普通镜头、广角镜头、远摄镜头；
按焦距分类：短焦距镜头、中焦距镜头、长焦距镜头。

工业应用中，最常用的镜头为定焦镜头和远心镜头。定焦镜头指固定焦距的镜头；远心镜头(Telecentric)主要是为纠正传统镜头的视差而特殊设计的镜头，它在一定的工作距离范围内，所得图像的放大倍率不随工作距离的变化而变化，即被测物在不同工作距离下，所成像的大小相同，因此普遍应用在高精度测量的场合中。一般可分为以下几类：

物方远心镜头：物方主光线平行于光轴，即主光线的会聚中心位于物方无限远，能够消除物方因调焦不准确而导致的读数误差。(图1)

像方远心镜头：像方主光线平行于光轴，即主光线的会聚中心位于像方无限远，能够有效消除因像方调焦不准而导致的测量误差。(图2)

常规的表面缺陷检测、有无判断等对系统精度要求不高时，可以选用普通镜头。对于精密测量的应用需求则考虑选择远心镜头，因为普通镜头成像时，由于不同工作距离造成放大倍率不一致而造成视差，即产生近大远小的效果，从而影响测量精度。远心镜头能确保检测目标在一定范围内放大倍率一致，克服视差，从而提高测量精度。下图为普通镜头与远心镜头效果对比：

镜头选型
1、选型思路
在机器视觉系统中，镜头的主要作用是将工件成像至相机传感器芯片上，因此镜头的选型将直接影响到机器视觉系统的整体性能。一般可以通过以下方式合理地选择镜头：

2、注意要点
a.对焦环与光学接口
调节镜片组的相对位置或光学系统的后焦距使成像清晰的结构部件称为对焦环(或调焦环)。下图为对焦环不同状态下的成像效果：

b.最大兼容相机芯片尺寸
最大兼容相机芯片尺寸指镜头能支持的最大清晰成像的范围。在实际选择相机和镜头时，要注意所选择镜头的最大兼容芯片尺寸要大于或等于所选择的相机芯片的尺寸。
以下为常用镜头及相机芯片的兼容性说明

3、选型过程
a.首先确定应用需求(视野、精度、安装高度等)。
b.根据应用需求计算关键的光学性能参数。例如，由视野范围、相机芯片尺寸以及工作距离，计算焦距：视场（水平方向）/芯片（水平方向）≈工作距离/焦距
c.分辨率匹配：在实际应用中，应注意镜头的分辨率不低于相机的分辨率。
d.景深要求：对景深有要求的项目，尽可能使用小光圈；由于景深影响因素较多以及判定标准较为主观，具体的景深计算需要结合实际使用条件。
e.注意与光源的配合，选配合适的镜头。
f.注意考虑使用环境的可安装空间。
案例：
使用需求：视野为180mm×135mm，相机芯片为1″(芯片尺寸12.8mm×9.6mm)，像元尺寸为3.5μm，相机接口为C型接口，工作距离小于800mm。
(1)根据焦距公式计算，可得：f′=工作距离÷(水平视场÷芯片)=800÷(180÷12.8)=56.89mm。
(2)选择最接近的焦距，f′取50mm，根据确定的焦距，计算新的工作距离，可得：新的工作距离≈(水平视场÷芯片)×焦距=(180÷12.8)×50=703.125mm，新的工作距离＜800mm，因此所选定的焦距可行。
(3)像素匹配：像素=12.8÷(3.5×10-3)×9.6÷(3.5×10-3)=1.00×107 ，建议选择高清晰1000万像素级定焦镜头。
(4)确定接口为C接口。
(5)综上所述，可选择OPT Machine Vision的OPT-C5024-10M。