机器视觉硬件选型——镜头选型

1. 基本概念

1.1 焦距

• 镜头主点到焦点的距离

1.2 光圈

• 控制通光量的大小

1.3 光圈系数

1.4 景深

• 在保证物体成像清晰的前提下，物体在空间中被允许移动的最大范围
• 光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大；
• 镜头焦距越长，景深越小；焦距越短，景深越大；
• 物距越长，景深越大；物距越短，景深越小。
  
  

1.5 分辨率

在像平面处1毫米内能分辨开的黑白相间的线条对数，单位是“ 线对 / 毫米”，镜头的分辨率要大于等于相机分辨率
镜头分辨率：镜头分辨率与相机的分辨率共同影响着成像的清晰度，根据木桶效应，成像效果取决于硬件中最差的一环。

相对孔径是光圈系数的倒数

1.6 放大倍率

1.7 接口

C接口和CS接口是工业摄像机最常见的国际标准接口，区别在于C型接口的后截距为17.5mm，CS型接口的后截距为12.5mm。

1.8 尺寸

即最大兼容CCD芯片大小。镜头的尺寸大小必须大于或等于CCD芯片大小。

1.9 像差

理想像点与实际像点之差。

2. MTF曲线

镜头的MTF曲线用于评价镜头成像的好坏，Zemax软件可以用来测试镜头成像质量。

• 曲线A所代表的镜头在低频段反差适中，但随着空间频率的提高，它的衰减过程很慢。说明其素质还是不错的。
• 曲线B所代表的镜头在低频表现很好，说明镜头的反差很好。但随着空间频率的提高。它的曲线衰减很快，说明镜头的分辨率不算很好。
• 曲线C所代表的镜头在低频时就很快衰减，综合素质较低。
• MTF曲线越高，镜头光学质量越好。综合反差和分辨率来看，MTF曲线以下包含面积越大越好。
  MTF曲线越平直越好，越平直越说明边缘与中间一致性好。边缘严重下降说明边角反差与分辨率较低

3. 选型案例

• 已知客户观察范围为30mm*30mm，工作距离为100mm，CCD尺寸为1/3’,那么需要多少焦距的镜头

• 计算方法:
  1/3=3.6mm（垂直）
  f =（100*3.6）/30

• 已知客户要求的系统分辨率为0.06mm,像元大小为4.7um，工作距离大于100mm，光源采用白色LED灯，那么需要多少焦距的镜头

• 计算方法：
  客户如果没有变焦要求，选择定焦镜头就可以
  如果带有测量功能的尽量用畸变小的镜头或者远心镜头
  焦距计算

• 成像放大倍率：
  M=4.7/(0.061000)
  f=LM/(M+1)
  注意：镜头的成像面要大于等于CCD尺寸，镜头的接口和相机配合

4 其他光学器件

4.1 棱镜

棱镜常用来转折光路或者将光学系统所成的像偏转90°。根据棱镜的方位不同，成像可为左右一致而上下颠倒与左右不一上下一致。

4.2 偏振镜

也叫偏光镜，简称 PL 镜，是一种滤色镜。偏振镜的出色功用是能有选择地让某个方向振动的光线通过，在彩色和黑白摄影中常用来消除或减弱非金属表面的强反光，从而消除或减轻光斑。

4.3 滤镜

也叫滤光镜，该组件可以用于允许特定波长的光线通过或阻挡指定波长的光线，彩色滤镜可以阻挡工业环境中经常存在的其他非单色光源（如日光、天棚灯灯），但该组件也会限制到达传感器的实际光量。

4.4 远心镜头

光圈又叫孔径光阑
孔径光阑在物空间成的像——物方远心——入瞳中心（常用）
孔径光阑在像空间成的像——像方远心——出瞳中心
远心镜头不需要选焦距。只需要考虑工作距离和放大倍率。

5. PDF下载

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