PDF《第3章工业镜头》

机器视觉应用基础

33 第3章工业镜头 工业镜头相当于人眼的晶状体,如果没有晶状体,人眼看不到任何物体;

如果没 有镜头,那么摄像头所输出的图像;

就是白茫茫的一片,没有清晰的图像输出,这与 我们家用相机和照相机的原理是一致的.

当人眼的肌肉无法将晶状体拉伸至正常位置时,也就是人们常说的近视眼,眼前 的景物就变得模糊不清;

摄像头与镜头的配合也有类似现象,当图像变得不清楚时, 可以调整摄像头的后焦点,改变 CCD 芯片与工业镜头基准面的距离,可以将模糊的 图像变得清晰. 3.1 镜头基本概念 3.1.1 物理结构 镜头由多个透镜、光圈和对焦环组成.镜头中的玻璃镜片是镜头的核心.但是只 有玻璃镜片也没有用,光圈控制与对焦机构是镜头组成另外两个重要机构.镜头的光 圈可以分为固定光圈和可变光圈,其中可变光圈又可分为自动光圈和手动光圈.同样 的,对焦机构也有手动和自动之分. 如下图所示, 在使用时由操作者观察相机显示屏来调整可变光圈和焦点, , 以确保 图像的明亮程度及清晰度. 机器视觉应用基础

34 3.1.2 光学结构 任何一个复杂的透镜组合都可以等效为一个简单的透镜,光经过透镜的传播路线 可以简单的画作下图: 3.1.3 光学尺寸 一般指镜头设计时, 能够适配的最大的图像传感器尺寸 (对角线) , 一般按照传感 机器视觉应用基础

35 器尺寸进行描述,如1 、2/3 、1/2 等,如果相机传感器尺寸大于镜头设计最大 尺寸,则会在画面四个角形成暗影或黑角. 3.1.4 接口分类 镜头和相机之间的接口有许多不同的类型,工业相机常用的包括 C 接口、CS 接口、F 接口、V 接口、T2 接口、徕卡接口、M42 接口、M72 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. C 接口和 CS 接口: 工业相机最常见的国际标准接口, 为1英寸-32UN 英制螺纹 连接口,C 型接口和 CS 型接口的螺纹连接是一样的,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.所以 CS 型接口的相机可以和 C 口及 CS 口 的镜头连接使用,只是使用 C 口镜头时需要加一个 5mm 的C-CS 转接环;

C 型接口 的相机不能用 CS 口的镜头. F 接口镜头:尼康镜头的接口标准,所以又称尼康口,也是工业相机中常用的类 型,一般相机靶面大于 4/3 英寸时需用 F 口的镜头. V 接口镜头:著名的专业镜头品牌施奈德镜头所主要使用的标准,一般也用于相 机靶面较大或特殊用途的镜头. T 接口镜头拥有较长的后截距,因此可以通过换接口来用在所有牌子的单反机身 上,通用性极强. 3.1.5 工作距离(Working Distance,WD) 工作距离指的是镜头第一个面到所需成像物体的距离.它与视场大小成正比,有 机器视觉应用基础

36 些系统工作空间很小因而需要镜头有小的工作距离, 但有的系统在镜头前可能需要安 装光源或其它工作装置因而必须有较大的工作距离保证空间. 3.1.6 焦距(f) 焦距是指镜头的光学中心(光学后主点)到成像面焦点的距离.平行光通过镜头 后汇聚于一点,这个点就是所说的焦点.焦距不仅仅描述镜头的屈光能力,且可作为 图像质量的参考.一般镜头失真随着焦距的减小而增大,因而选择测量镜头,不要选 择小焦距(小于 8mm)或大视场角的镜头. 3.1.7 视场角 在光学系统当中,以镜头为顶点,以被测物体通过镜头的最大成像范围的两边缘 构成的夹角叫做视场角.视场角的大小决定了镜头的视野范围,视场角越大,视野就 越大,光学倍率也就越小.焦距越长,视场角就越窄;