工業鏡頭主要參數


主要考慮參數有景深、視場(FOV)、工作距離(WD)、鏡頭放大倍數、焦距、光圈、靶面、接口。

焦距

焦距(常用f表示)決定視場角的大小,焦距小,視場角大;焦距大,視場角小。

視場角大小和CCD傳感器尺寸和鏡頭焦距有關:

水平視場角 = 2 × arctan(w / 2f);

垂直視場角 = 2 × arctan(h / 2f);

視場角 = 2 × arctan(d / 2f);

w為CCD的寬,h為CCD的高,d為CCD對角線長。

光闌 diaphragm

又稱光圈(光圈的硬件設備)。鏡頭中用於調節並控制入射光通量。要注意區分普通所述的光圈是指光圈系數(即光圈大小)還是指光闌。

光圈起到下列作用:

1、限制由鏡頭進入的光通量,調節影像的亮度;

2、減少鏡頭的殘留像差,提高解像力;

3、變換景深;

4、使畫面中心部和邊緣部的光量均勻。

光闌系數

即光圈系數,簡稱光圈,用F表示,以鏡頭焦距f和通光孔徑D的比值衡量。每個鏡頭都會標明最大F值,例如6mm/F1.4代表最大孔徑為4.29毫米。光通量與F值的平方成反比關系,F值越小,光通量越大。鏡頭上光圈指數序列的標值為1.4,2,2.8,4,5.6,8,11,16,22等,其規律是前一個標值時的曝光量正好是后一個標值對應曝光量的2倍。也就是說鏡頭的通光孔徑分別是1/1.4,1/2,1/2.8,1/4,1/5.6,1/8,1/11,1/16,1/22,前一數值是后一數值的根號2倍,因此光圈指數越小,則通光孔徑越大,成像靶面上的照度也就越大。

靶面

每種機器視覺鏡頭都只能兼容芯片不超過一定尺寸的相機。因此選擇機器視覺鏡頭時一定要先確定工業相機的芯片尺寸,為了保證整幅圖像的質量,機器視覺鏡頭的最大適配芯片尺寸必須大於與之配套的芯片尺寸,否則會引起嚴重的畸變和相差。

接口

機器視覺鏡頭接口和相機接口都分為C、CS、F和其他更大尺寸的接口類型。相機和鏡頭是互補的,即C接口的相機只能用C接口的鏡頭。

工作距離、視場

   焦距f = WD × 靶面尺寸( H or V) / FOV( H or V)
  視場FOV ( H or V) = WD × 靶面尺寸( H or V) / 焦距f
  視場FOV( H or V) = 靶面尺寸( H or V) / 光學倍率
  工作距離WD = f(焦距)× 靶面尺寸/FOV( H or V)
  光學倍率 = 靶面尺寸( H or V) / FOV( H or V)

 

景深

焦距越短,景深越大;光圈越小,景深越大;鏡頭離物體的距離越遠,景深越大;小光圈和良好的光線使聚焦更簡單,但是小光圈會喪失物體的精細結構。相機芯片像元越大景深越大。

景深的相關概念與計算

景深和超焦距及其應用

光譜特性

光學鏡頭的光譜特性主要指光學鏡頭對各波段光線的透過率特性。在部分機器視覺應用系統中,要求圖像的顏色應與成像目標的顏色具有較高的一致性。因此希望各波段透過光學鏡頭時,除在總強度上有一定損失外,其光譜組成並不發生改變。 影響光學鏡頭光譜特性的主要因素為:膜層的干涉特性和玻璃材料的吸收特性。在機器視覺系統中,為了充分利用鏡頭的分辨率,鏡頭的光譜特性應與使用條件相匹配。即:要求鏡頭最高分辨率的光線應與照明波長、CCD器件接受波長相匹配,並使光學鏡頭對該波長的光線透過率盡可能的提高。

 

參考資料

如何選擇鏡頭

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工業相機鏡頭如何選擇

工業相機主要參數與選型

鏡頭的分類

鏡頭的參數指標


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