机器视觉system之镜头篇.ppt

—镜头篇; 镜头－影响图像质量的关键因素 ;主要内容;光学系统的基本概念及相关知识;光学系统的基本概念;光学系统的基本概念;光学系统的基本概念;光学系统的基本概念;光学系统的基本概念;光学系统的基本概念;薄透镜成像原理;物距L ;共轴光学系统;共轴光学系统的光学特性;物像关系和放大率公式;物距：L = f(1+1/β) 像距：L’= f(1+ β) 焦距：f = L/(1+1/ β) 物高：y = y’/ β = y’(L-f)/f 像高：y’= β y = y(L’-f)/f ;镜头的基本参数及相关知识;光学镜头的基本原理;光学镜头的主要参数;视野 (Field of view)：或者叫视场角，图像采集设备所能够覆盖的范围，即和靶面上的图像所对应的物平面的尺寸； 工作距离（Working Distance）：一般指镜头前端到被测物体的距离，小于最小工作距离系统一般不能清晰成像； 景深（Depth Of Field）以镜头最佳聚焦时的WD为中心，前后存在一个范围，在此范围内镜头都可以清晰成像。 ;光学镜头的主要参数;光学镜头的主要参数;光学镜头的主要参数;大多数便宜的镜头分辨率在50lp/mm，相当于水平分辨率700个像素，用于对分辨率要求不高的视觉系统，和相当于VGA级以下分辨率的相机相配。 百万像素级以上的镜头，镜头分辨率可达100lp/mm及以上，和相当于水平分辨率达1280的相机相配。;调制传递函数 (MTF: Modulation Transfer 　 Function) 实际的镜头分辨率比理想镜头的分辨率要低很多。因此通常用MTF来表征镜头的实际分辨率。MTF定义为一定空间频率时像面对比度与物面对比度之比，这里空间频率用单位mm内的线对数来表示。 对于同一镜头，不同空间频率处的MTF值是不同的，一般随着空间频率的增大，MTF越来越小，直至为零。MTF为零时的空间频率为镜头的截至频率，也用于表示镜头的实际分辨率;调制传递函数;光学镜头的主要参数;影响分辨率的主要因素： 镜头结构、材质、加工精度等。 其它因素： 镜头光圈越大，分辨率越高； 光波长度，波长越短分辨率越高； 同档次的固定焦距镜头比变焦镜头分辨率高； 短焦镜头一般边缘分辨率比中心低，长焦镜头一般中心比边缘分辨率低。;影响镜头景深的因素;镜头的焦距与视场角;被摄物平面内的主轴外直线，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。 畸变像差只影响成像的几何形状，而不影响成像的清晰度。; 畸变定义为实际像高y ‘与理想像高 yo之差y’ - yo ‘，而在实际应用中经常将其与理想像高 yo ‘之比的百分数来表示畸变，称为相对畸变,即 ;镜头的畸变;镜头的分类;定焦距镜头按等效焦距分为： 鱼眼镜头：6-16mm 超广角镜头：17-21mm 广角镜头：24-35mm 标准镜头：45-75mm 长焦镜头：150-300mm 超长焦镜头：300mm以上 等效焦距：实际焦距×43mm/镜头成像圆的直径; 微距镜头（Macro Iens ） 按德国的工业标准，成像比例大于1:1的称为微距摄影范畴。这里我们所说的比率指像的大小与实物之间的比例关系，也就是镜头的放大率。35mm标准镜头最大拍摄比率为1:10。事实上放大率在1:1~1:4左右的都属微距镜头，而放大率达到10:1~200:1则属显微镜头。;使用专门的微距镜头，价格较高但成像质量可以得到保证； 带微距档的变焦镜头； 使用接圈，通过增加镜筒的长度来改变像距达到放大的目的，根据凸透镜成像原理，当像距增加到二倍焦距处，影像与实物等大。由于接圈使用时放在镜头后面，一是不够灵活，二是影响通光量。; 显微镜头 体视显微镜 生物显微镜 金相显微镜;视差： 对于同样的物体，当靠近眼睛时，会比远离眼睛时显得大一点。这个现象也同样出现在传统的光学系统中，即镜头的放大倍数是随着物距变化而变化的。 远心镜头则纠正了传统镜头的误差，它可以在一定距离内，使所成的像的尺寸不会因为距离的变化而改变。 ;远心镜头;远心镜头;远心镜头;远心镜头;镜头的接口类型;如何选择镜头; 镜头的基本光学性能由焦距、相对孔径（光圈系数）和视场角（视野）这三个参数表征。因此，在选择镜头时，首先需要确定这三个参数，最主要是确定焦距，然后再考虑分辨率、景深、畸变、接口等其他因素。;选择镜头的基本步骤可以参考以下几条： 根据目标尺寸和测量精度，可以确定传感器尺寸和像素尺寸、放大倍率等； 根据系统整体尺寸和工作距离，结合放大倍率，可以大概估算出镜头的焦距。焦距、传感器尺寸确定以后，视场角也可以确定下来； 根据现场的照明条件确定光圈大小和工作波长； 最后考虑镜头畸变、景深、接口等其他要求。 ; 选型示例： 被测物体100×100mm，精度要求0.1mm，