工业镜头参数及选型参考

镜头的基本功能是实现光束变换（调制），在机器视觉系统中，镜头的主要作用是将目标成像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，合理地选择和安装镜头，是机器视觉系统设计的重要环节。

 

01工作距离

工作距离指的是镜头的最下端到景物之间的距离。

镜头常见参数

需要注意的是“最小工作距离”在镜头上有两个有刻度的调节圈，一个是调节光圈的，另一个是调焦的，在调焦的刻度圈上标有此镜头的工作距离从最近到最远是多少。

 

02视场/视野范围

视野范围（FOV）指的是镜头能看到的最大范围，也就是镜头所能覆盖的有效工作区域。

 

03景深

视野指的是横向的范围，景深(DOF)指的是纵深的范围。在最小工作距离到最大工作距离之间的范围称为景深，景深内的物体都可以清晰成像。景深一般可以通过光圈调节，光圈越小，景深越大。

景深示意图

 

可成清晰像的最远物平面称为远景平面，它与对准平面的距离称为后景深ΔL2；能成清晰像的最近物平面称为近景平面，它与对准平面的距离称为前景深ΔL1；景深ΔL=前景深ΔL1+后景深ΔL2；后景深 > 前景深。

景深与镜头使用光圈、镜头焦距、拍摄距离以及对像质的要求(表现为对容许弥散圆的大小)有关。这些主要因素对景深的影响如下(假定其他条件都不改变)

(1)、镜头光圈

光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大；

(2)、镜头焦距

镜头焦距越长，景深越小；焦距越短，景深越大；

(3)、拍摄距离

距离越远，景深越大；距离越近，景深越小。

景深和光圈的大小的关系

 

对于对景深有要求的项目，尽可能使用小的光圈；在选择放大倍率的镜头时，在项目许可下尽可能选用低倍率镜头。如果项目要求比较苛刻，倾向选择高景深的尖端镜头。

 

04焦距

要了解焦距首先要知道成像面，成像面是入射光通过镜头后所成像的平面，这个面是一个圆形。

焦距就是镜头到成像面的距离（单位：毫米mm），通常所说的50mm镜头，8mm镜头、75mm镜头等，指的就是焦距是多少的镜头。但在实际使用中，往往需要相机标定，标定的主要参数就是相机焦距。对于工业镜头而言，一般使用定焦镜头，即焦距f通常都是固定的镜头。

焦距示意图

 

镜头焦距f=(工作距离D×相机传感器短边尺寸G) / 物体宽度B，单位：mm。

焦距越小，视场角就越大，视野也就相应的更大。因为焦距一般有固定的值，如5mm，8mm,所以实际焦距可以相应选小一号的。（例如计算得到焦距为8.3，则可以选择8mm焦距的镜头），因为焦距偏大，可能会导致视野偏小，检测不到完整的物体。

 

05视角

视角顾名思义就是视线的角度，也就是镜头能看多“宽”。焦距越小，视角越大；最小工作距离越短，视角越大。

对于普通的镜头来说，选择原则是：工作距离越近越好，镜头的畸变越小越好，视角越大越好。
 

06分辨率

图像系统可以测到的受检验物体上的最小可分辨特征尺寸。在多数情况下，视野越小，分辨率越高。同时要注意，相机传感器分辨率应该是镜头分辨率的2倍，即相机和镜头的像元尺寸相等，才能呈现完好的成像质量，不会造成资源浪费。不然，则会造成相机或镜头的性能过剩。

 

07光圈

光圈（Iris）是一个用来控制光线透过镜头进入机身内感光面光量的装置，在拍摄高速运动物体时，由于曝光时间短，需要使用大光圈。

光圈大小一般用F表示，以镜头焦距f和通光孔径直径D的比值来衡量，当光圈物理孔径不变时，镜头中心与感光器件距离越远，F值越大，光圈越小；反之，F值越小，光圈越大。

一般通过调整通光孔径大小来调节光圈，完整的光圈数值系列如下：F1，F1.4，F2，F2.8，F4，F5.6，F8，F11，F16，F22，F32，F44，F64。

 

08镜头畸变

镜头在成像时，特别是用短焦距镜头拍摄大视场，图像会产生形变，这种情况叫做镜头的畸变，这是由于镜头的光学结构和成像特性导致的，原因是由于视野中局部放大倍数不一致造成的图像扭曲。

拍摄的视场越大，所用的镜头的焦距越短，畸变的程度就越明显，如果轴线外光线向中心弯曲，则被称作"枕形畸变"。如果向外侧弯曲，则被称作"桶形畸变"，可以通过图像标定减弱这种平面畸变的影响。

畸变图示

09镜头接口

镜头接口只要可跟相机接口匹配安装或可通过外加转换口匹配安装就可以了，目前有C、CS、F、V、T2、Leica、M42x1、M75x0.75等接口。其中C口跟CS口是最常用的镜头接口，这两者主要的区别是图像传感器与镜头之间的距离不同，这两者类型的接口没有细分的，其C口的大小全都一样；

 

10最大适配芯片尺寸

所有镜头都只能在一定的范围内清晰成像，最大适配芯片尺寸是指镜头能支持的最大清晰成像的范围。在实践选择相机和镜头时，要注意所选择的镜头的最大适配芯片尺寸要大于或等于相机的芯片尺寸，否则会引起严重的畸变和相差，甚至周边或四角不能成像。

 

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