机器视觉技术与应用实战 第四章 镜头.ppt

机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战4.1镜头的基础知识机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战镜头是机器视觉系统的重要组成部分镜头由多个镜片和光圈/调焦装置构成根据监视画面进行光圈调整和调焦，可以得到“明亮、清晰”的图像有些镜头的调整装置是固定的）在了解了选择镜头的基础知识后，可以拍摄出视野适宜、图像整体聚焦良好、目标物和背景对比度俱佳的清晰图像本小章将重点讲解镜头基础知识，产品种类等机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战镜头的基础知识镜头一般由光学系统和机械装置组成,有些也集成了自动调光圈、自动调焦或感测光强度等功能的电子器件镜头按焦距大小可以分为长焦镜头、标准镜头、广角镜头等，按用途通常可以分为安防用镜头（CCTVlens）、工业自动化镜头（FAlens），广播级别的镜头（Broadcastlens），高清晰电视用镜头（HDlens），机器视觉行业内通常有定倍镜头（Fixed-maglens）、变焦镜头（Zoom镜头）、远心镜头（Telecentriclens）、线扫描镜头（LineScanlens）等称谓，当然，这些分类并没有严格的划分界线。

镜头的的基本参数包括焦距、光圈、景深和工作距离等，下面我们将详细介绍机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战 镜头的焦距主焦点到透镜光心的距离，称为光学系统焦距焦距是镜头的重要参数之一，视觉上常用的镜头焦距有8mm、12mm、16mm、25mm、35mm、50mm、75mm等等，焦距决定了像和实际物体的比例，同样的物距，焦距越小；视野越广，焦距越大，视野越窄，如图4.1所示机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战 镜头的光圈和f值光圈简单的说就是控制镜头通光孔径大小的部件，通光孔径越大，通光量越多；通光孔径越小，通光量越小f值是表示光圈的大小，光圈f值=镜头焦距/镜头通光孔直径，通光孔直径越大f值越小，通光量越大；通光孔直径越小f值越大，通光量越小，如图4.2所示f值大f值居中f值小镜头光圈示意机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战1、镜头的景深 在聚完焦后，在焦点前后范围内都能形成清晰的图像，这一前一后的范围，就是景深景深大小与镜头光圈镜头焦距有关，光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大焦距越长，景深越小；焦距越短，景深越大，如图所示镜头景深示意机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战2、镜头的工作距离和视野 工作距离（WD）：清晰对焦后，镜头到被检测物体的距离。

视野（FOV）：清晰对焦后，相机所能拍照到的大小，如图所示镜头视野示意图机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战3、视觉检测像素精度的计算公式单像素精度=FOV(X方向)/（相机芯片上X方向像素个数）=FOV(Y方向)/（相机芯片上Y方向像素个数）例如：500像素相机分辨率2594*1944，视野是100mm*80mm，那么单个像素对应的精度就是0.04mm机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战4、镜头的畸变及畸变校正光学透镜固有的透视失真的总称，也就是因为透视原因造成的失真，这种失真是透镜的固有特性造成（凸透镜汇聚光线、凹透镜发散光线），所以无法消除，只能改善，典型的是枕形失真和桶形失真镜头畸变示意机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战4、镜头的畸变及畸变校正枕型失真是镜头引起的画面向中间“收缩”的现象，当使用长焦镜头或使用变焦镜头的长焦端时出现；桶形失真是镜头中透镜物理性能以及镜片组结构引起的成像画面呈桶形膨胀状的失真现象，当使用广角镜头或使用变焦镜头的广角端时出现，可以通过标定来进行畸变矫正机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战5、镜头接口工业相机接口主要分螺口和卡口，螺口主要有0.75（M42、M58、M72）、C口，CS口，卡口主要有F口。

一般情况下，C接口镜头可以接C接口相机，CS接口镜头可以接CS接口相机，当C接口镜头要接CS接口相机时需要外加接圈，如图所示镜头接口示意机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战6、镜头选型 在选择镜头时，视野、焦距、焦点、失真等都是需要考虑的因素，镜头可支持的芯片尺寸应大于或等于选配相机的芯片尺寸，镜头焦距f，视场大小，工作距离，光学倍率计算如下：f=工作距离（WD）*芯片尺寸（VorH）/FOV(VorH)；FOV（VorH）=工作距离（WD）*芯片尺寸（VorH）/焦距f；工作距离（WD）=f*芯片尺寸（VorH）/FOV(VorH)；光学倍率=芯片尺寸（VorH）/FOV(VorH)；相机像素（VorH）=FOV(VorH)/精度/2；例如：视野FOV要求40*30mm，精度0.02，WD50mm，可以选择500万的相机，芯片尺寸6.4*4.8mm据公式可知f=8mm，选择焦距8mm的镜头机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战7、镜头文档和手册解读下面以视觉龙VDL镜头为例介绍选型解读表编号项目符号规格（1）镜头种类A/L面阵/线阵（2）镜头接口CC口镜头CSCS口镜头FF口镜头EFEF卡口M72M72口镜头机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战续表-选型解读表编号项目符号规格（1）镜头种类A/L面阵/线阵（3）焦距/倍率055mm焦距fa镜头088mm焦距fa镜头1212mm焦距fa镜头1616mm焦距fa镜头2525mm焦距fa镜头3535mm焦距fa镜头5050mm焦距fa镜头7575mm焦距fa镜头机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战续表-选型解读表 编号项目符号规格（1）镜头种类A/L面阵/线阵（4）光圈/工作距离14最大光圈为F=1.4的fa镜头18最大光圈为F=1.8的fa镜头20最大光圈为F=2.0的fa镜头28最大光圈为F=3.4的fa镜头65工作距离为65的远心镜头110工作距离为110的远心镜头机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战（1）1.1英寸千万像素定焦 VD 镜头最佳成像质量，支持1000万像素相机，低照度大通光孔径，TV畸变小于1%，聚焦范围从0.1M到无穷远，高相对照度。

如VDLF-C0614-4：镜头尺寸示意（VDLF-C0614-4）机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战（2）2/3 英寸定焦 VD 镜头最佳成像质量，支持500万像素相机，低照度大通光孔径，TV畸变小于1%，聚焦范围从0.1M到无穷远，高相对照度，如VDLF-C0814-2：镜头尺寸示意（VDLF-C0814-2）如需要详细的视觉龙VDL镜头的选型资料请用扫右面二维码机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战1、镜头的焦距和光圈分别与景深的关系光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大焦距越长，景深越小；焦距越短，景深越大3、选用焦距f=162、镜头的选型注意事项焦距、失真，镜头可支持的芯片尺寸应大于或等于选配相机的芯片尺寸，镜头焦距f，视场大小，工作距离机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战小结本章主要介绍了镜头的焦距、光圈等参数，要重点了解光圈与景深的关系，还要掌握镜头的选型以及倍率和精度的算法；除此之外，还介绍了镜头接口的不同如何与相机搭配，镜头本身物理属性畸变的种类和形成原因等关于镜头的基础知识1.镜头的焦距和光圈分别与景深有何关系？2.镜头的选型注意事项有哪些？3.已知产品大小25*40，使用500W相机（芯片尺寸6.4*4.8mm），工作距离在100mm150mm之间，请问该选用焦距为多少？习题与思考机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战4.2FA镜头机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战FA镜头FA镜头是工业自动化标配镜头，一般的机器视觉常用镜头，如FA1英寸镜头，典型的定焦镜头，最佳成像质量，支持500万像素相机，固定光圈手动光圈可选，设计紧凑，体积小，便于工业客户部署安装，畸变小于1%，FA镜头有多种不同焦距可供选择，如图所示。

FA.镜头机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战FA镜头的结构和调整FA镜头的结构FA镜头一般由光学系统和机械装置组成,部分，光学系统由若干透镜（或者反射镜）组成，以构成正确的物像关系，保证获得正确和清晰的图像，它是镜头的核心，而继续装置包括固定光学器件的零件，（如镜筒，透镜座，压圈，连接环，调焦环等），镜头调节机构和连接机构等FA镜头的调节FA镜头一般有定焦镜头和变焦镜头，定焦镜头有对焦调节环和光圈调节环，变焦镜头则会多一个变焦调节环如下图机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战FA镜头的选型选择FA镜头需要考虑以下几点，FA镜头能否满足技术要求l工作距离l景深l视野l分辨率l畸变FA镜头能否满足技术要求1）被测量物体是否在同一个测量平面，不在同一平面放大倍率是不同的2）FA镜头畸变小于1%是否影响检测结果3）视差也就是当物距变大时，FA镜头对物体的放大倍数也会改变；4）FA镜头镜头的解析度能不能满足要求；5）由于视觉光源的几何特性，而造成的图像边缘位置的不确定性不适当光源干扰下造成边界的确定性机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战（1）工作距离在调整后，图像最符合检测所需时，镜头底部到拍摄平面的距离；需要确定现场安装的空间是否有限制。

视场（对应长度）芯片（对应长度）焦距工作距离=使用16mm的镜头，相机芯片大小为3.6mm，需要拍摄的视场为45mm，那么工作距离应该需要200mm机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战（2）镜头的景深景深（DOF）是指在摄影机镜头或其他成像器前沿能够取得清晰图像的成像所测定的被摄物体前后距离范围机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战（3）镜头分辨率镜头的分辩率是指在成像平面上1毫米间距内能分辨开的黑白相间的线条对数，单位是“线对/毫米”（lp/mm，line-pairs/mm）镜头对黑白等宽的测试线对图并不是无限可分辨的当黑白等宽的测试线对密度不高的时候，成像平面处黑白线条是很清晰的当黑白等宽的测试线对密度提高时，在成像平面处还是可以分辨出黑白线条，但是白线已不是那么白了，黑线也不是那么黑了，白线黑线的对比度就会下降当黑白等宽的测试线对密度提高到某一程度，在成像平面处黑白线的对比度非常小，黑白线条都变成了灰的中间色了，这就到了镜头分辨的极限，如下图机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战（4）镜头的视野视野(Fieldofview)：简称FOV,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；前面介绍过它和工作距离，镜头焦距和相机传感器芯片尺寸有关。

相机标定和视觉精度也需要视野的准确尺寸机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战（4）镜头畸变l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l畸变像差只影响成像的几何形状，而不影响成像的清晰度l短焦距镜头一般表现为桶形失真，长焦距镜头镜头般表现为枕形失真一般表现为枕形失真l人眼感觉不到小于2%的畸变在进行精度较高的测量时，需要校正畸变，或者选择畸变小的镜头，如远芯镜头机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战FA镜头参数介绍下表是一款500万分辨率镜头参数说明，可以支持2/3以下传感器芯片尺寸的相机机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战镜头的辅助器件1扩焦镜：安装在镜头和相机之间，改变焦距，但是物距不变机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战2近摄接圈：安装在镜头和相机之间，可单独或者组合使用，是近距离成像的有效辅助配件镜头的辅助器件机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战3 滤光片：安装在镜头前端，滤光片可与各种机器视觉光源配合使用，如单色光，LED光，光纤照明等等当滤光片与正确的光源一起使用时，滤光是控制机器视觉系统的性能能以致改善成像质量以及取得最好效果的最重要的因素之一。

镜头的辅助器件机器视觉技术与应用实战机器视觉技术与应用实战远心镜头机器视觉技术与应用实。