工業鏡頭技術入門知識

2021-06-07 16:34:53 字數 2070 閱讀 9928

工業鏡頭技術入門知識

整理:視清科技

1、鏡頭的分類

鏡頭種類繁多,已經發展成乙個龐大的體系,以適應各種場合條件下的應用。對鏡頭的劃分也可以從不同的角度來進行:

a、按工作波長分:紫外、可見光、近紅外、紅外,按照應用還有x-ray鏡頭之分

b、變焦與否:定焦、變焦

c、工作距離:望遠物鏡(物距很大)、普通攝影鏡頭(物距適中)、顯微鏡頭(物距很小)

其它類別則有:

線陣鏡頭:配合線陣相機使用的鏡頭。採用掃瞄式的工作方式,需要鏡頭與目標相對運動,每次**成像一條線,多次**組成一幅影象;線陣掃瞄成像的特點:ccd線陣方向的影象解析度固定,而在目標的運動方向上,空間取樣頻率與運動的相對速度有關;從成像的角度講,線陣鏡頭和其它型別的鏡頭並沒有本質的差異,只是對鏡頭的使用方式不同而已。 

顯微鏡頭:為了看清目標的細節特徵,顯微鏡頭一般使用在高解析度的場合。它們基本的特點是工作距離短,放大倍率高,視場小。

2、如何選擇鏡頭

鏡頭的選擇過程,是將鏡頭各項引數逐步明確化的過程。作為成像器件,鏡頭通常與光源、相機一起構成乙個完整的影象採集系統,因此鏡頭的選擇受到整個系統要求的制約。一般地可以按以下幾個方面來進行分析考慮。

1)波長、變焦與否

鏡頭的工作波長和是否需要變焦是比較容易先確定下來的,成像過程中需要改變放大倍率的應用,採用變焦鏡頭,否則採用定焦鏡頭就可以了。

關於鏡頭的工作波長,常見的是可見光波段,也有其他波段的應用。是否需要另外採取濾光措施?單色光還是多色光?能否有效避開雜散光的影響?把這幾個問題考慮清楚,綜合衡量後再確定鏡頭的工作波長。

2)特殊要求優先考慮

結合實際的應用特點,可能會有特殊的要求,應該先予明確下來。例如是否有測量功能,是否需要使用遠心鏡頭,成像的景深是否很大等等。景深往往不被重視,但是它卻是任何成像系統都必須考慮的。

3)工作距離、焦距

工作距離和焦距往往結合起來考慮。一般地,可以採用這個思路:先明確系統的解析度,結合ccd畫素尺寸就能知道放大倍率,再結合空間結構約束就能知道大概的物像距離,進一步估算鏡頭的焦距。所以鏡頭的焦距是和鏡頭的工作距離、系統解析度(及ccd畫素尺寸)相關的。

4)像面大小和像質

所選鏡頭的像面大小要與相機感光面大小相容,遵循「大的相容小的」原則——相機感光面不能超出鏡頭標示的像面尺寸——否則邊緣視場的像質不保。

像質的要求主要關注mtf和畸變兩項。在測量應用中,尤其應該重視畸變。

5)光圈和介面

鏡頭的光圈主要影響像面的亮度。但是現在的機器視覺中,最終的影象亮度是由很多因素共同決定的:光圈、相機增益、積分時間、光源等等。所以為了獲得必要的影象亮度有比較多的環節供調整。

鏡頭的介面指它與相機的連線介面,它們兩者需匹配,不能直接匹配就需考慮轉接。

6)成本和技術成熟度

如果以上因素考慮完之後有多項方案都能滿足要求,則可以考慮成本和技術成熟度,進行權衡擇優選取。 

例如,要給硬幣檢測成像系統選配鏡頭,約束條件:相機ccd 2/3英吋,畫素尺寸4.65μm,c介面。工作距離大於200mm,系統解析度0.05mm。光源採用白色led光源。

基本分析如下:

與白色led光源配合使用的,鏡頭應該是可見光波段。沒有變焦要求,選擇定焦鏡頭就可以了;

用於工業檢測,其中帶有測量功能,所以所選鏡頭的畸變要求小;

工作距離和焦距;

成像的放大率m=4.65/(0.05x1000)=0.093;

焦距f=l*m/(m+1)=200*0.093/1.093=17mm;

物距要求大於200mm,則選擇的鏡頭要求焦距應該大於17mm。

選擇鏡頭的像面應該不小於ccd尺寸,即至少2/3 英吋;

鏡頭的介面要求是c口,能配合相機使用。光圈暫無要求。

從以上幾方面的分析計算可以初步得出這個鏡頭的「輪廓」:焦距大於17mm,定焦,可見光波段,c介面,至少能配合2/3英吋ccd使用,而且成像畸變要小。按照這些要求,可以進一步的挑選,如果多款鏡頭都能符合這些要求,可以擇優選用。

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