机器视觉中用工业镜头与工业相机ccd选型指导手册道.doc

镜头的参数指标 光学镜头一般称为摄像镜头或摄影镜头，简称镜头，其功能就是光学成像。在机器视觉系统中，镜头的主要作用是将成像目标聚焦在图像传感器的光敏面上。镜头的质量直接影响到机器视觉系统的整体性能；合理选择并安装光学镜头，是机器视觉系统设计的重要环节。1.镜头的相关参数1焦距 焦距是光学镜头的重要参数，通常用 f 来表示。焦距的大小决定着视场角的大小，焦距数值小，视场角大，所观察的范围也大，但距离远的物体分辨不很清楚；焦距数值大，视场角小，观察范围小，只要焦距选择合适，即便距离很远的物体也可以看得清清楚楚。由于焦距和视场角是一一对应的，一个确定的焦距就意味着一个确定的视场角，所以在选择镜头焦距时，应该充分考虑是观测细节重要，还是有一个大的观测范围重要，如果要看细节，就选择长焦距镜头；如果看近距离大场面，就选择小焦距的广角镜头。2光阑系数 即光通量，用 F 表示，以镜头焦距 f 和通光孔径 D 的比值来衡量。每个镜头上都标有最大 F 值，例如6mm/F1.4 代表最大孔径为 4.29 毫米。光通量与 F 值的平方成反比关系，F 值越小，光通量越大。镜头上光圈指数序列的标值为 1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，16，22 等，其规律是前一个标值时的曝光量正好是后一个标值对应曝光量的 2 倍。也就是说镜头的通光孔径分别是 1/1.4，1/2，1/2.8，1/4，1/5.6，1/8，1/11，1/16，1/22，前一数值是后一数值的根号 2 倍，因此光圈指数越小，则通光孔径越大，成像靶面上的照度也就越大。3景深 摄影时向某景物调焦，在该景物的前后形成一个清晰区，这个清晰区称为全景深，简称景深。 决定景深的三个基本因素： 光圈 光圈大小与景深成反比，光圈越大，景深越小。 焦距 焦距长短与景深成反比，焦距越大，景深越小。 物距 物距大小与景深成正比，物距越大，景深越大。4光谱特性 光学镜头的光谱特性主要指光学镜头对各波段光线的透过率特性。在部分机器视觉应用系统中，要求图像的颜色应与成像目?甑难丈哂薪细叩囊恢滦浴Ｒ虼讼Ｍ鞑ǘ瓮腹庋Ь低肥保谧芮慷壬嫌幸欢ㄋ鹗猓涔馄鬃槌刹不发生改变。影响光学镜头光谱特性的主要因素为：膜层的干涉特性和玻璃材料的吸收特性。在机器视觉系统中，为了充分利用镜头的分辨率，镜头的光谱特性应与使用条件相匹配。即：要求镜头最高分辨率的光线应与照明波长、CCD 器件接受波长相匹配，并使光学镜头对该波长的光线透过率尽可能的提高。5镜头的分辨率 描述镜头成像质量的内在指标是镜头的光学传递函数与畸变，但对用户而言，需要了解的仅仅是镜头的空间分辨率，以每毫米能够分辨的黑白条纹数为计量单位，计算公式为：镜头分辨率Ｎ＝180／画幅格式的高度。由于摄像头 CCD 靶面大小已经标准化， 1/2 英寸摄像头， 如 其靶面为宽 6.4mm＊高 4.8mm，1/3 英寸摄象机为宽 4.8mm＊高 3.6mm。因此对 1/2 英寸格式的 CCD 靶面，镜头的最低分辨率应为38 对线／mm，对 1/3 英寸格式摄像头，镜头的分辨率应大于 50 对线，摄像头的靶面越小，对镜头的分辨率越高。6 光圈或通光量 镜头的通光量以镜头的焦距和通光孔径的比值来衡量，以Ｆ为标记，每个镜头上均标有其最大的Ｆ值，通光量与Ｆ值的平方成反比关系，Ｆ值越小，则光圈越大。所以应根据被监控部分的光线变化程度来选择用手动光圈还是用自动光圈镜头。7镜头接口 镜头和摄像头之间的接口有许多不同的类型，工业摄像头常用的包括 C 接口、CS 接口、F 接口、V接口、T2 接口、徕卡接口、M42 接口、M50 接口等。接口类型的不同和镜头性能及质量并无直接关系，只是接口方式的不同，一般可以也找到各种常用接口之间的转接口。 以镜头安装分类所有的摄像头镜头均是螺纹口的，CCD 摄像头的镜头安装有两种工业标准，分别是C-mount 和 CS-mount。两者都有一个 1 英寸长的螺纹，但两者不同在于镜头安装到摄像头后，镜头到传感器之间的距离： CS-mount： 图像传感器到镜头之间的距离应为 12.5 mm C-mount： 图像传感器到镜头之间的距离应为 17.5 mm。一个 5 mm 的垫圈C/CS 连接环 可用于将 C-mount 镜头转换为 CS-mount 镜头2.镜头各参数间的相互影响关系1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；2光圈大小的影响情况： 光圈越大，图像亮度越高； 光圈越大，景深越小； 光圈越大，分辨率越高；3像场中央与边缘 一般像场中心较边缘分辨率高； 一般像场中心较边缘光场照度高；4光波长度的影响： 在相同的摄像头及镜头参数条件下，照明光源的光波波长越短，得到的图像的分辨力越高