机器视觉之工业镜头的概念及分类
机器视觉(相机、镜头、光源 )全面概括
机器视觉（相机、镜头、光源）全面概括分类：机器视觉2013-08-19 10:52 1133人阅读评论(0) 收藏举报机器视觉工业相机光源镜头1.1.1视觉系统原理描述机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。
机器视觉系统是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分CMOS 和CCD 两种）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。
2.1.1视觉系统组成部分视觉系统主要由以下部分组成1.照明光源2.镜头3.工业摄像机4.图像采集/处理卡5.图像处理系统6.其它外部设备2.1.1.1相机篇详细介绍：工业相机又俗称摄像机，相比于传统的民用相机（摄像机）而言，它具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等，目前市面上工业相机大多是基于CCD（ChargeCoupled Device）或CMOS（Complementary Metal OxideSemiconductor）芯片的相机。
CCD是目前机器视觉最为常用的图像传感器。
它集光电转换及电荷存贮、电荷转移、信号读取于一体，是典型的固体成像器件。
CCD的突出特点是以电荷作为信号，而不同于其它器件是以电流或者电压为信号。
这类成像器件通过光电转换形成电荷包，而后在驱动脉冲的作用下转移、放大输出图像信号。
典型的CCD相机由光学镜头、时序及同步信号发生器、垂直驱动器、模拟/数字信号处理电路组成。
CCD作为一种功能器件，与真空管相比，具有无灼伤、无滞后、低电压工作、低功耗等优点。
CMOS图像传感器的开发最早出现在20世纪70 年代初，90 年代初期，随着超大规模集成电路(VLSI) 制造工艺技术的发展，CMOS图像传感器得到迅速发展。
CMOS图像传感器将光敏元阵列、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换电路、图像信号处理器及控制器集成在一块芯片上，还具有局部像素的编程随机访问的优点。
工业相机的基础知识
工业相机的基础知识一、概述工业相机（Industrial Camera）又称机器视觉相机（Machine Vision Camera），是一种特殊用途的相机，主要应用于工业生产过程中的自动化视觉检测和控制领域。
相比于普通的消费级相机，工业相机具有更高的精度、更快的速度和更强的稳定性，可以满足工业领域对于快速、精确、长时间运行的要求。
二、工业相机的构成1.图像传感器（Image Sensor）图像传感器是工业相机最关键的部件之一，它负责将光学成像转化为电信号。
常用的图像传感器包括CCD（Charge-Coupled Device）和CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）两种。
CCD传感器具有高灵敏度、低噪声和高动态范围等优点，适用于对图像质量要求较高的应用；而CMOS传感器具有低功耗、低成本和集成度高等优点，适用于对成本和集成度有要求的应用。
2.图像采集板（Image Capture Board）图像采集板是工业相机与计算机之间的桥梁，它负责将图像传感器采集到的图像数据通过传输介质（如USB、GigE、CameraLink等）传输到计算机上进行处理。
图像采集板通常包含了图像采集芯片、接口和一些额外的硬件模块，以实现图像数据的传输和处理功能。
3.镜头（Lens）镜头是工业相机光学系统中的一个关键组件，它负责将目标物体的光学信息聚焦到图像传感器上。
根据应用需求的不同，可以选择不同类型的镜头，包括定焦镜头、变焦镜头和特殊用途镜头等。
定焦镜头适用于需要固定焦距的应用；变焦镜头可以根据需要调整焦距，适用于视野范围变化较大的应用；特殊用途镜头（如鱼眼镜头、微观镜头等）则适用于特殊的视觉应用。
4.光源（Light Source）光源是工业相机成像的必备条件之一，它提供了待检测物体的照明条件。
常用的光源有白光、红外光、激光等，根据不同的应用需求选择合适的光源类型和亮度。
机器视觉中用的工业相机与普通相机的区别
机器视觉中用的工业相机与普通相机的区
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机器视觉系统就是利用机器代替人眼来作各种测量和判断。
机器视觉相机的目的是将通过镜头投影到传感器的图像传送到能够储存、分析和(或者)显示的机器设备上。
作为机器的“眼睛”,相机占据非常重要的地位。
按照不同标准可分为标准分辨率数字相机和模拟相机等。
根据不同的实际应用场合选不同的相机和高分辨率相机线扫描CCD和面阵CCD;单色相机和彩色相机。
那么工业相机和我们日常生活中用的普通相机有什么区别呢?
1、工业相机的快门时间非常短,可以抓拍快速运动的物体,工业相机的快门时间般都是微秒级的,配合光源、频闪控制器以及全屏曝光,可以有效解决拖影等问题。
2、工业相机的拍摄速度远远高于一般相机。
工业相机每秒可以拍摄十幅到几百幅甚至更多的图片,而一般相机只能拍摄2-3幅图像,相差甚远。
3、工业相机的图像传感器是逐行扫描的,而一般摄像机的图像传感器是隔行扫描的,甚至是隔三行扫描的。
逐行扫描的图像传感器生产比较困难,成品率低,出货量也少,例如Dalsa、avt等,价格相对比较昂贵。
4、工业相机输出的是裸数据,其光谱范围也往往比较宽,比较适台进行高质量的图像处理算法,普遍应用于机器视觉系统中。
而一般相机(DSC)拍摄的图片,其光谱范围只适合人眼视觉,并且经过了MPEG压缩,图像质量也较差。
由于工业相机区别于普通相机的技术优势,工业相机更多的应用到各大领域中。
机器视觉技术与应用实战-FA镜头和远心镜头
芯镜头
《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》
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》
镜头的辅助器件
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。
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》
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 工作距离 景深 视野 分辨率 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》
（4） 镜头的视野 视野 (Field of view)：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。
什么是工业镜头？工业镜头应用领域有哪些？
什么是工业镜头？工业镜头应用领域有哪些？什么是工业镜头？工业镜头，顾名思义，就是专为工业应用而设计的镜头。
它们通常具有高分辨率、低畸变、低色散和高耐用性等特点，在工业领域中应用广泛。
下面，我们一起来具体了解工业镜头的应用领域。
工业镜头应用领域有哪些？工业镜头具有高性能、高稳定性和耐用性等特点，能够满足工业应用对于图像质量和可靠性的严格要求。
工业镜头在工业领域中被广泛应用于图像监测、质量检测和自动化控制等任务。
1.机器视觉领域工业镜头在机器视觉领域的应用非常广泛，它们常用于产品质量检测、尺寸测量、表面缺陷检测以及条形码和二维码识别等。
在自动化生产线上，通过使用工业镜头来获取产品图像，并结合图像处理软件进行识别和分析，可以实现自动化的品质控制和生产监测等。
2.视频监控领域工业镜头在安防领域的视频监控系统中发挥着重要作用。
它们具有广角、变焦和自动对焦等功能，可以实现全方位、高清晰度的视频监控，在保安、交通监管和城市管理等方面提供可靠的视觉支持。
比如：城市公安、银行、学校、商场、工厂等场所的视频监控设备都会使用工业镜头，交通流量监控、车牌识别等一系列的智能交通系统也都需要用到工业镜头。
3.工业检测领域工业镜头在工业检测领域，尤其是在无损检测中被广泛使用，例如对金属、塑料和玻璃等材料的缺陷检测，对食品和药品进行自动化检查，对产品的外形、尺寸、颜色等进行精确检测。
通过使用高分辨率、高对比度和低畸变的工业镜头，可以更好地捕捉和分析产品的表面和内部缺陷，以保证产品质量。
4.医疗影像领域工业镜头也应用于医疗影像领域，例如，内窥镜、显微镜、CT、X光机等都需要使用工业镜头。
工业镜头具有高清晰度、高对比度和良好的低光性能，能够提供清晰的图像，协助医生进行精确定位和手术操作。
此外，工业镜头在无人驾驶、无人机巡航、雷达系统等军事领域也有重要应用；在航天的空间遥感等领域也有应用；科研领域的实验设备如光学显微镜等也需要使用工业镜头进行研究。
工业镜头的几种接口介绍
工业镜头的几种接口介绍工业镜头的几种接口介绍据工业CCD相机厂家介绍，工业检测镜头是机器视觉系统中必不可少的部件，按焦距可分为短焦镜头、中焦镜头，长焦镜头；按视场大分为广角、标准，远摄镜头；按结构分为固定光圈定焦镜头，手动光圈定焦镜头，自动光圈定焦镜头，手动光圈定焦镜头、自动变焦镜头，自动光圈电动变焦镜头，电动三可变镜头等。
按接口类型可分为C接口镜头、CS接口镜头、U接口镜头和特殊接口镜头。
1、C接口镜头C接口工业检测镜头法兰焦距是安装法兰到入射镜头平行光的汇聚点之间的距离。
法兰焦距为17.526mm或0.690in。
安装罗纹为：直径1in，32牙.in。
镜头可以用在长度为0.512in(13mm)以内的线阵传感器。
但是，由于几何变形和市场角特性，必须鉴别短焦镜头是否合用。
如焦距为12.6mm的镜头不应该用长度大于6.5mm的线阵。
如果利用法兰焦距尺寸确定了镜头到列阵的距离，则对于物方放大倍数小于20倍时需增加镜头接圈。
接圈加在镜头后面，以增加镜头到像的距离，以为多数镜头的聚焦范围位5-10％。
镜头接长距离为焦距/物方放大倍数。
加一个5mm接圈，一个C接口镜头可以接CS接口的相机。
2、CS接口镜头CS接口镜头可以直接接在CS接口的相机上，但是即CS mount 镜头不能与C mount相机一起使用。
3、U接口镜头U接口镜头为一种可变焦距的镜头，其法兰焦距为47.526mm或1.7913in，安装罗纹为M42×1。
主要设计作35mm照片应用，可用于任何长度小于1.25in(38.1mm)的列阵。
工业镜头是机器视觉系统中的重要组件，其功能就是光学成像，所以对成像质量有着关键性的作用，它对成像质量的几个最主要指标都有影响，其中包括：镜头分辨率、镜头对比度、镜头景深及各种像差，镜头MTF参数。
工业镜头不仅种类繁多，而且质量差异也非常大，但一般用户在进行机器视觉系统设计时往往对工业镜头的重视不够，导致得不到理想的图像，从而导致视觉系统开发的失败。
机器视觉中用工业镜头与工业相机CCD选型指导手册道
机器视觉中用工业镜头与工业相机CCD选型指导手册道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。
常见工业镜头相关介绍
工业镜头基础知识整理1.为什么需要镜头？镜头等同于针孔成像中针孔的作用，所不同的是，一方面镜头的透光孔径比针孔大很多倍，能在同等时间内接纳更多的光线，使相机能在很短时间内（毫秒到秒级）获得适当的曝光；另一方面，镜头能够聚集光束，可以在相机胶片上产生比针孔成像效果更为清晰的影像；2.镜头的组成机器视觉常用定焦镜头，并且都是手动调整光圈，一般不允许自动调整光圈，镜头上有调焦和调光圈两个环，为了防止误碰动，工业镜头的两个环都有锁定螺丝。
注意调焦环不是用来调整焦距，而是调整像距，保证清晰图像落在焦平面上3.工业镜头的接口物镜的接口有三种国际标准：F接口、C接口和CS接口。
F接口是通用型接口，一般适用于焦距大于25mm的镜头，当物镜的焦距小于25mm时，物镜的尺寸不大，一般采用C 型或CS型接口。
C和CS型接口的区别：C与CS型接口的区别在于镜头与相机接触面（基准面）至相机焦平面（摄像机CCD光电感应器所处位置）的距离，即法兰距不同，C型接口法兰距为17,562mm，CS型接口法兰距为12.5mm。
C型接口镜头与CS型相机之间增加一个5mm的C/CS转接环可以配合使用，CS型接口与C型接口相机无法配合使用。
4.工业镜头的基本参数视场：Field of View，即FOV，也叫视野范围，指可以观测到的物体的可视范围。
工作距离：Working Distance，即WD，指从镜头前部到受检物体表面的距离，在该距离下镜头可以清晰成像。
分辨率：Resolution，指镜头可清晰分辨被拍摄物体细节的能力，在像平面1mm内可以分辨开的黑白相间的线条对数，分辨率的单位是“线对/毫米”（lp/mm）。
一般说的百万象素级的镜头,分辨率为100线对/mm。
景深：Depth of View，在景物空间中，位于调焦平面前后一定距离内还能够清晰成像的纵深距离，也就是在实际像平面上获得相对清晰影像的景物精简深度范围。
焦距：Focal Length，焦距是从镜头的中心点到焦平面上所形成的清晰影像之间的距离，焦距数值小，视角大，所观察到的范围也大，但距离远的物体成像不是很清晰，焦距数值大，视角小，观察范围小，但距离较远的物体也可以清晰成像，有定焦和变焦两种镜头型号。
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工业镜头的概念及分类
工业镜头的概念及分类
工业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。
镜头是机器视觉系统中的重要组件，对成像质量有着关键性的作用，它对成像质量的几个最主要指标都有影响，包括：分辨率、对比度、景深及各种像差。
镜头不仅种类繁多，而且质量差异也非常大，但一般用户在进行系统设计时往往对镜头的选择重视不够，导致不能得到理想的图像，甚至导致系统开发失败。
本文的目的是通过对各种常见镜头的分类及主要参数介绍，总结各种因素之间的相互关系，使读者掌握机器视觉系统中镜头的选用技巧。
根据有效像场的大小划分
把摄影镜头安装在一很大的伸缩暗箱前端，并在该暗箱后端安装一块很大的磨砂玻璃。
当将镜头光圈开至最大，并对准无限远景物调焦时，在磨砂玻璃上呈现出的影像均位于一圆形面积内，而圆形外则漆黑，无影像。
此有影像的圆形面积称为该镜头的最大像场。
在这个最大像场范围的中心部位，有一能使无限远处的景物结成清晰影像的区域，这个区域称为清晰像场。
照相机或摄影机的靶面一般都位于清晰像场之内，这一限定范围称为有效像场。
由于视觉系统中所用的摄像机的靶面尺寸有各种型号，所以在选择镜头时一定要注意镜头的有效像场应该大于或等于摄像机的靶面尺寸，否则成像的边角部分会模糊甚至没有影像。
根据焦距分类
根据焦距能否调节，可分为定焦距镜头和变焦距镜头两大类。
依据焦距的长短，定焦距镜头又可分为鱼眼镜头、短焦镜头、标准镜头、长焦镜头四大类。
需要注意的是焦距的长短划分并不是以焦距的绝对值为首要标准，而是以像角的大小为主要区分依据，所以当靶面的大小不等时，其标准镜头的焦距大小也不同。
变焦镜头上都有变焦环，调节该环可以使镜头的焦距值在预定范围内灵活改变。
变焦距镜头最长焦距值和最短焦距值的比值称为该镜头的变焦倍率。
变焦镜头有可分为手动变焦和电动变焦两大类。
变焦镜头由于具有可连续改变焦距值的特点，在需要经常改变摄影视场的情况下非常方便使用，所以在摄影领域应用非常广泛。
但由于变焦距镜头的透镜片数多、结构复杂，所以最大相对孔径不能做得太大，致使图像亮度较低、图像质量变差，同时在设计中也很难针对各种焦距、各种调焦距离做像差校正，所以其成像质量无法和同档次的定焦距镜头相比。
实际中常用的镜头的焦距是从4毫米到300毫米的范围内有很多的等级，如何选择合适焦距的镜头是在机器视觉系统设计时要考虑的一个主要问题。
光学镜头的成像规律可以根据两个基本成像公式牛顿公式和高斯公式来推导，对于机器视觉系统的常见设计模型，我们一般是根据成像的放大率和物距这两个条件来选择合适焦距的镜头的，在此给出一组实用的计算公式：
放大率：m=h’/h=L’/L 物距：L = f(1+1/m)
像距：L’= f(1+m) 焦距：f = L/(1+1/m)
物高：h = h’/m = h’(L-f)/f 像高：h’ = mh = h(L’-f)/f
特殊用途的镜头
·显微镜头（Micro），一般是指成像比例大于10:1的拍摄系统所用，但由于现在的摄像机的像元尺寸已经做到3微米以内，所以一般成像比例大于2:1时也会选用显微镜头。
·微距镜头（Macro），一般是指成像比例为2:1～1:4的范围内的特殊设计的镜头。
在对图像质量要求不是很高的情况下，一般可采用在镜头和摄像机之间加近摄接圈的方式或在镜头前加近拍镜的方式达到放大成像的效果。
·远心镜头（Telecentric），主要是为纠正传统镜头的视差而特殊设计的镜头，它可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会随物距的变化而变化，这对被测物不在同一物面上的情况是非常重要的应用。
紫外镜头（Ultraviolet）和红外镜头（Infrared），一般镜头是针对可见光范围内的使用设计的，由于同一光学系统对不同波长的光线折射率的不同，导致同一点发出的不同波长的光成像时不能会聚成一点，产生色差。
常用镜头的消色差设计也是针对可见光范围的，紫外镜头和红外镜头即是专门针对紫外线和红外线进行设计的镜头。