机器视觉系统之镜头篇.ppt
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FA工业镜头机器视觉镜头 ppt课件
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二十二、通风盘及解析度
Airy Disk是指通过没有失真的 镜头在将光集中一点时， 实际上形成的是一个同心圆。 这个同心圆就叫做Airy Disk。 Airy Disk的半径r可以通过 以下的计算公式计算出来。 这个值称为解析度。 ｒ= 0.61λ/NA Airy Disk的 半径随波长改变而改变，波 长越长，光越难集中于一点。 例：NA0.07的镜头 波长550nm r=0.61*0.55/0.07=4.8μ
成像时再现物体表面的浓淡变化而使用的空间周波数 和对比度。
八、工作距离（Working Distance）
镜头的镜筒到物体的距离
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十一、照相机 Mount
C-mount: 1" diameter x 32 TPI: FB: 17.526mm
CS-mount: 1" diameter x 32 TPI: FB: 12.526mm
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五、解析度
表示了所能见到了2点的间隔0.61x 使用波长(λ)/ NA= 解析度(μ) 以上的计算方法理论上可以计算出解析度，但不包括 失真。 ※使用波长为550nm
六、解像力
１mm中间可以看到黑白线的条数。单位（lp）/mm.
七、MTF（Modulation Transfer Function）
永远做得比要求的更好
Do better than asked forever
机器视觉工业镜头专业术语详解
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机器视觉系统中，镜头相当于人的眼睛，其主要作用 是将目标的光学图像聚焦在图像传感器（相机）的光 敏面阵上。视觉系统处理的所有图像信息均通过镜头 得到，镜头的质量直接影响到视觉系统的整体性能。 下面对机器视觉工业镜头的相关专业术语做以详解。
机器视觉系统之相机篇PPT课件
IEEE1394总线特征
Ø 1394总线的“心跳”周期是125 µs (8 kHz)； Ø 包长：1394总线每125 µs 发送的同步数据包
尺寸。
IEEE1394总线特征
IEEE1394传输距离
➢ 1394a，单根4.5m(S400)，加中继可达70m。高 质量的线缆可达17.5m(S400)(AVT)，如果调整到 S100或S200，则传输距离可达25m，甚至更长；
CCD Sensor—全帧转移
➢ 优点：填充因子(fill factor)可以达到非常高， 甚至达到100%。这样 Sensor灵敏度非常大。
➢ 缺点：由于传输和读出 使用的时钟相同，因此 Sensor上面的部分曝光 时间比下面的长，这会 造成Smear现象。为了解 决这个问题，必须使用
机械快门或闪光灯。
Output (Amplifier)
电子快门和微透镜
➢Overflow Drain主 要用来消除CCD Sensor的Blooming现 象，它也被用来实现 电子快门
➢通过Micro Lenses 可以将传感器的填充 因子提高。
CMOS Se行扫描
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USB总线传输方式
➢ 等时(isochronous)传输方式。提供了确定的带宽和间隔时 间，在传送数据发生错误时，USB并不处理这些错误，而是 继续传送新的数据；
➢ 中断(interrupt)传输方式。传输数据量小，以达到实时效 果；
➢ 控制(control)传输方式。双向传输，数据量也比较小； ➢ 批(bulk)传输方式。该方式用来传输要求正确无误的数据；
➢ 1394b,单根10m(S800)；转网络传输，用Cat5线 可达到100m(S100)，使用Cat6线，在S400情况下可 达60m；转光纤传输，可达500m(S400/S800)；直接 光纤传输100m(S800)(AVT Pike和Stingray系列)
机器视觉检测技术及应用 PPT课件1
口分类
M50接口等
02 分类
常用工业镜头标准接口为:C口，法兰距17.526mm 其他类型：
NikonF口,法兰距46.5mm M42口，FB 16mm M58口，FB11. 48mm M72口, 6.56mm, 19.55,12mm M95口, 9. 4mm
焦距
03 参数
？
焦距是什么？
焦距（f）是光学系统中衡量光 的聚集或发散的度量方式，指从 透镜中心到光聚集之焦点的距离。
03 参数
视野
！
CCD芯片尺寸比例为4: 3，当FOV长边: 短边小于4:3时，用短边来计算;大于 4:3时，用长边来计算;等于3时，长\ 短边计算都可以
03 参数
视野和焦为有限的情况下，视野便能通过 下述公式计算出来。
举例：若使用1/3英寸摄像机配套8mm焦距 镜头，物距为3m时，监视器满屏摄入的水 平方向尺寸为:
照相机的镜头由多个镜片和光圈调焦装置构成02分类百万像素低畸变镜头微距镜头广角镜头远心镜头显微镜头根据有效像场的大小划分13英寸摄像镜头12英寸摄像镜头23英寸摄像镜头1英寸摄像镜头根据焦距划分分为变焦镜头和定焦镜头
01 结构
照相机的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。
02 分类
百万像素低畸变镜头
微距镜头
广角镜头
远心镜头
显微镜头
根据有效像场的大小划分 1/3英寸摄像镜头、1/2英寸摄像镜头、2/3英寸摄像镜头、1英寸摄像镜头
根据焦距划分
分为变焦镜头和定焦镜头。变焦就是焦距可变的镜头；定焦即焦距固定
根据镜头和摄像机之间的接 工业摄像机常用的有C接口、CS接口、F接口、V接 口、T2接口、徕卡接口、M42接口、
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成像时再现物体表面的浓淡变化而使用的空间周波数 和对比度。
八、工作距离（Working Distance）
镜头的镜筒到物体的距离
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十一、照相机 Mount
C-mount: 1" diameter x 32 TPI: FB: 17.526mm
CS-mount: 1" diameter x 32 TPI: FB: 12.526mm
F-mount: FB:46.5mm
M72-Mount: FB 厂家各有不同
十二、视野 (FOV)
视野指使用照相机以后看到的物体侧的范围
照相机有效区域的纵向长度（V）/光学倍率（M）＝ 视野（V）
照相机有效区域的横向长度（H）/光学倍率（M）＝ 视野（H）
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＊技术资料上的视野范围是指由光源及有效区域的一 般数值计算出来的值。
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十八、边缘亮度
相对照度是指中央的照度与周边的照度的百分比。
十九、远心镜头s
主光线与镜头光源平行的镜头。有物体侧的远心，成像侧 的远心，两侧的远心行头等方式。
二十、远心
Telecentricity是指物体的倍率误差。倍率误差越小， Telecentricity越高。Telecentricity有各种不同的用途，在 镜头使用前，把握Telecentricity很重要。
十五、FNO
镜头从无限远时，亮度表示的数值，值越小越亮。FNO= 焦距/入射孔径或有効口径=f/D
十六、实效F
有限距离时镜头的明亮度。
实效F = (1 +光学倍率) x F# 实效F = 光学倍率 / 2NA
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十七、NA（Numerical Aperture）
机器视觉系统详解ppt课件
• 避免光线变化 如果照明系统发生明暗变化，会造成图象明暗变化。这将直接影响系统运行的稳定性
• 避免外界影响 注意系统周围环境的影响，如生产线上的照明系统、室外阳光等等可移动的人或物会遮挡系统 照明
高等课堂
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七、机器视觉系统搭建
小结
• #1：获得完美图象的6大要素及控制因素 高系统精度。控制因素：视野、相机分辨率。 清晰成象。控制因素：镜头、光源 避免畸变。控制因素：镜头 保持待测物体在成象中大小一致。控制因素：视野、拍照角度、待测物位置 反差最大化。控制因素：光源、镜头 恰当的照明与曝光。控制因素：光源、镜头
高等课堂
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七、机器视觉系统搭建
项目评估的基本步骤1：
检测项目 条款
检测项目条款 • 条款名称及详细说明
客户需求
系统精度 要求
系统速度 要求
系统工作 空间要求
系统精度要求
• 详细记录每项条款的精度 要求
系统速度要求
• 清楚了解整个系统的速度要求
• 对于设备制造商，还需要了解 整个设备的工作流程
LED灯源 中 中 高 有 高 低 有 高
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六、软硬件知识--镜头篇
镜头的介绍 1、基本功能
-实现光束变换，将目标成像在图像传感器的光敏面上；
2、镜头与相机匹配
-镜头接口是否为工业标准接口，C/CS接口、F口等； -镜头成象面是否>=相机CCD尺寸； 若相机CCD为1/2英寸，而镜头为1/3英寸，则该镜头与相机不匹配。
高等课堂
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六、软硬件知识--镜头篇
3、工作距离
-镜头焦距是否适合系统工作空间
4、系统精度
-获取最佳视野 -镜头畸变对系统精度的影响 -镜头分辨率对系统精度的影响
• 避免外界影响 注意系统周围环境的影响，如生产线上的照明系统、室外阳光等等可移动的人或物会遮挡系统 照明
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七、机器视觉系统搭建
小结
• #1：获得完美图象的6大要素及控制因素 高系统精度。控制因素：视野、相机分辨率。 清晰成象。控制因素：镜头、光源 避免畸变。控制因素：镜头 保持待测物体在成象中大小一致。控制因素：视野、拍照角度、待测物位置 反差最大化。控制因素：光源、镜头 恰当的照明与曝光。控制因素：光源、镜头
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七、机器视觉系统搭建
项目评估的基本步骤1：
检测项目 条款
检测项目条款 • 条款名称及详细说明
客户需求
系统精度 要求
系统速度 要求
系统工作 空间要求
系统精度要求
• 详细记录每项条款的精度 要求
系统速度要求
• 清楚了解整个系统的速度要求
• 对于设备制造商，还需要了解 整个设备的工作流程
LED灯源 中 中 高 有 高 低 有 高
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六、软硬件知识--镜头篇
镜头的介绍 1、基本功能
-实现光束变换，将目标成像在图像传感器的光敏面上；
2、镜头与相机匹配
-镜头接口是否为工业标准接口，C/CS接口、F口等； -镜头成象面是否>=相机CCD尺寸； 若相机CCD为1/2英寸，而镜头为1/3英寸，则该镜头与相机不匹配。
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六、软硬件知识--镜头篇
3、工作距离
-镜头焦距是否适合系统工作空间
4、系统精度
-获取最佳视野 -镜头畸变对系统精度的影响 -镜头分辨率对系统精度的影响
机器视觉ppt课件
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Ⅳ 寻找一款镜头我们关心什么?
• 1, 成像比例（Magnization，ZOOM?） • 2，工作距离(WD) • 3, 像质（resolution,contrast,color balance, aberration,
Vignetting , MTF, etc.） • 4, 景深（Depth of view） • 5，投影误差（Telecentric） • 6，通光量（F Number） • 7，机械接口(C,CS,F,K,M42，M12,M16) • 8, 支持相机的芯片尺寸(1/2, 2/3,1, >40mm) • 9，工作波段(<380, 380~780, 780~1100) • 10, 镜头尺寸（Compact, Total Length, Diameter） • 11, 其它（价格，同轴入口，工作温度，光学配合，适
.
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镜头焦距(Lens Focal Length)
F’
WD
.
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镜头焦距(Lens Focal Length)
确定视场大小和相机传感器尺寸之后，就可以确定选择哪种型号的镜头。镜头的主 要参数是焦距，它与视场大小，传感器尺寸有如下关系式： 焦距 = (传感器尺寸 × 工作距离) / 视场大小
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機器視覺鏡頭及軟體 介紹
2015年5月1日
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Vision System Overview
Architecture:
Software
SDK
Compiler ,UI
Nation Instrument(L) Halcon(H,3D) Cognex(H)
VC/VB/C# /Labview
Opencv/ITK(Free)
机器视觉应用 ppt课件
• 精度与可靠性的矛盾
• 机器人装配的精度要求越高，需要的治具的精度也越高。治具的精度越高， 机器人本体的精度越难以可以每次都准确、可靠的装配。
• 接触式定位的弊端
• 某些产品因为表面细腻，不能够通过机械夹具来加持，以免破坏表面。有 些产品因为是柔性材质，也无法实现可靠的抓取。
机器人应用介绍
为什么机器人需要视觉系统
• 非接触式测量
• 视觉系统采用的是光学测量的方法，不会破坏物体的表面也不会因为物体 是柔性的而无法测量。
机器人应用介绍
为什么视觉系统需要机器人
单独视觉系统在生产中的局限性
• 无法全面的观测
• 从成像的原理来说，一台相机只能捕获一个平面的图像信息。对于复杂的 物体，需要检测多个面的情况下，往往需要很多相机协同工作。如果产品 的规格很多，不同的规格相机需要调整到不同的位置来检测。使得整个检 测系统异常的复杂。
通用机器人
输送线
视觉系统选型
视觉系统相机选型
相机像素大小
３０万
１３０万２００万５ Nhomakorabea０万相机分辨率（长ｘ宽） ６４０ｘ４８０
１２８０ｘ１０２４ １６００ｘ１２００ ２４８０ｘ２０４８
感光芯片尺寸（英寸）
１／４“
１／１.８“
１／１.８“
２／３“
精度估算值
１／５００
１／１０００
１／１２００
１／２０００
精度估算：视野宽度ｘ精度估算值 精度精确计算：视野／分辨率
视野：相机拍摄的范围
举例： 视野：８０ｘ６０ｍｍ 分辨率：１２８０ｘ１０２４ 精度估算值：１／１０００ 精度估算：６０ｘ（１／１０００）＝０.０６ｍｍ／像素 精度精确计算： （８０／１２８０）ｘ（６０／１０２４）＝０.０６２５ｘ０.０５９ｍｍ／像素
• 机器人装配的精度要求越高，需要的治具的精度也越高。治具的精度越高， 机器人本体的精度越难以可以每次都准确、可靠的装配。
• 接触式定位的弊端
• 某些产品因为表面细腻，不能够通过机械夹具来加持，以免破坏表面。有 些产品因为是柔性材质，也无法实现可靠的抓取。
机器人应用介绍
为什么机器人需要视觉系统
• 非接触式测量
• 视觉系统采用的是光学测量的方法，不会破坏物体的表面也不会因为物体 是柔性的而无法测量。
机器人应用介绍
为什么视觉系统需要机器人
单独视觉系统在生产中的局限性
• 无法全面的观测
• 从成像的原理来说，一台相机只能捕获一个平面的图像信息。对于复杂的 物体，需要检测多个面的情况下，往往需要很多相机协同工作。如果产品 的规格很多，不同的规格相机需要调整到不同的位置来检测。使得整个检 测系统异常的复杂。
通用机器人
输送线
视觉系统选型
视觉系统相机选型
相机像素大小
３０万
１３０万２００万５ Nhomakorabea０万相机分辨率（长ｘ宽） ６４０ｘ４８０
１２８０ｘ１０２４ １６００ｘ１２００ ２４８０ｘ２０４８
感光芯片尺寸（英寸）
１／４“
１／１.８“
１／１.８“
２／３“
精度估算值
１／５００
１／１０００
１／１２００
１／２０００
精度估算：视野宽度ｘ精度估算值 精度精确计算：视野／分辨率
视野：相机拍摄的范围
举例： 视野：８０ｘ６０ｍｍ 分辨率：１２８０ｘ１０２４ 精度估算值：１／１０００ 精度估算：６０ｘ（１／１０００）＝０.０６ｍｍ／像素 精度精确计算： （８０／１２８０）ｘ（６０／１０２４）＝０.０６２５ｘ０.０５９ｍｍ／像素
机器视觉基础知识PPT课件.
FG I/O
图像 内存中
结果 孔 半径
1 2 3 3.147 mm 3.052 mm 2.785 mm
被ห้องสมุดไป่ตู้物体
模拟视频流
数字图像
应用
CCD/CMOS图像传感器
机器视觉系统构成——数字摄像机
数字摄像机 （USB/1394a/1394b/GigE/CameraLink）
光源 镜头
机器视觉软件
光源选型对成像影响实例
照明技术：亮视野与暗视野
杂散光
杂散光
直射光 暗视野 亮视野
直射光
照明技术：低角度照明
常应用于检测平滑表面上变化的部分 如：划痕、刀痕、边缘
低角度照明应用实例
照明技术：前向光直射照明
前向光直射照明示例
照明技术：前向光漫射照明
前向光漫射照明示例
前向光漫射照明示例
照明技术：背光照明
机器视觉系统——照明光源分类
高频荧光灯 卤 素 灯
LED灯
机器视觉系统——照明光源对比
LED光源特点
可制成各种形状、尺寸及各种照射角度； 可根据需要制成各种颜色，并可以随时调节亮度； 通过散热装臵，散热效果更好，光亮度更稳定； 使用寿命长（约3万小时，间断使用寿命更长）； 反应快捷，可在10us或更短的时间内达到最大亮度； 电源带有外触发，可以通过计算机控制，起动速度快，可 以用作频闪灯； 运行成本低、寿命长的LED，会在综合成本和性能方面体 现出更大的优势； 可根据客户的需要，进行特殊设计。
汽车制造 制陶业 化学业 电子部件及设备 食品业 玻璃业 生命科学 医学 钢铁 矿业
• • • • • • • • • • • • •
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靶面
光学镜头的主要参数
视野 (Field of view)：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； 工作距离（Working Distance）：一般指镜头前 端到被测物体的距离，小于最小工作距离系统一 般不能清晰成像；
景深（Depth Of Field）以镜头最佳聚焦时的WD 为中心，前后存在一个范围，在此范围内镜头都 可以清晰成像。
光学镜头的主要参数
相对孔径：是指该镜头的入射光孔直径（用 D表示）与焦距（用f表示）之比，即 D/f； 最大相对孔径：它往往标示在镜头上，如 1:1.2或f/1.2 ； 光圈系数：相对孔径的倒数称为光圈系数， 用Ｆ表示。
光学镜头的主要参数
分辨率（Resolution） 指在像面处镜头在单位毫米内能够分辨的黑白 相间的条纹对数。
光学系统的基本概念
光心和主轴
光学பைடு நூலகம்统的基本概念
焦点和焦平面
光学系统的基本概念
主点和主平面
光学系统的基本概念
共轭关系 ：在透镜成像过程中，物方的每 一个点在像方都有相对应的一个点，每一 条直线都有相对应的一条直线，每一个平 面都有相对应的一个平面，物与像之间的 这种相互关连的对应关系就是共轭关系。
光学镜头的主要参数
调 制 传 递 函 数
光学镜头的主要参数
影响镜头分辨率的因素 影响分辨率的主要因素： 镜头结构、材质、加工精度等。 其它因素： 镜头光圈越大，分辨率越高； 光波长度，波长越短分辨率越高； 同档次的固定焦距镜头比变焦镜头分辨率高； 短焦镜头一般边缘分辨率比中心低，长焦镜头 一般中心比边缘分辨率低。
共轴光学系统
共轴光学系统：若光学系统的全部界面都 由球面和平面构成，且个球面的球心均位 于同一直线上，则该光学系统称为共轴光 学系统； 目前，绝大部分工业镜头都属于共轴光学 系统。
共轴光学系统的光学特性
点成像为点（共轭点）； 线成像为线（共轭线）； 平面成像为平面（共轭面）； 凡垂直于光轴的物平面上各部位的影像放大率 都相等，即像与物的几何形状完全相似。
物像关系和放大率公式
光学系统的常用计算公式
物距：L = f(1+1/β) 像距：L’= f(1+ β) 焦距：f = L/(1+1/ β) 物高：y = y’/ β = y’(L-f)/f 像高：y’= β y = y(L’-f)/f
镜头的基本参数及相关知识
光学镜头的基本原理
影响镜头景深的因素
景深和镜头的焦距、光圈、物距有关： 光圈越小，景深越大； 拍摄距离越大，景深越大； 焦距越短，景深越大。
大多数便宜的镜头分辨率在50lp/mm，相当于水平 分辨率700个像素，用于对分辨率要求不高的视觉系 统，和相当于VGA级以下分辨率的相机相配。 百万像素级以上的镜头，镜头分辨率可达 100lp/mm及以上，和相当于水平分辨率达1280的相 机相配。
光学镜头的主要参数
调制传递函数 (MTF: Modulation Transfer Function) 实际的镜头分辨率比理想镜头的分辨率要低很多。 因此通常用MTF来表征镜头的实际分辨率。MTF定义 为一定空间频率时像面对比度与物面对比度之比， 这里空间频率用单位mm内的线对数来表示。 对于同一镜头，不同空间频率处的MTF值是不同的， 一般随着空间频率的增大，MTF越来越小，直至为零。 MTF为零时的空间频率为镜头的截至频率，也用于表 示镜头的实际分辨率
光学系统的基本概念
焦距、物距和像距
从物方主点H至物方主焦点F的距离为物方焦距f 或称为前焦距。从像方主点H′至像方焦点F′的距 离为像方焦距f′或称为后焦距。物方焦距和像方 焦距统称为焦距。 透镜的物方主点到物平面的距离，称为物距。 透镜的像方主点到像平面的距离，称为像距。
薄透镜成像原理
薄透镜成像原理
物距L 像距L′ 影像性质
L=∞
L由∞向2f值缩 短
L′= f
L′由f值向2f值延长
缩小的倒立实像,物与像分别位于镜头前 后两则
同上
L=2f
L由2f值向f值 缩短 L= f L＜f
L′=2f
L′由2f值向∞延长 L′=∞ L′＞f
1:1 的倒立实像,物与像分别位于镜头前 后两侧
放大的倒立实像,物与像分别位于镜头前 后两侧 同上(注:理论上成立,实际上并不成立) 放大的倒立虚像,物与像位于镜头的同侧
中国大恒（集团）有限公司北京图像视觉技术分公司
机器视觉系统 —镜头篇
主讲人：张勇
镜头－影响图像质量的关键因素
图像质量的参数 分辨率（Resolution） 对比度（Contrast） 景深（Depth of Field） 失真（Distortion），也叫畸变 投影误差
影响图像质量的因素 镜头 摄像机 镜头 光源 镜头 镜头 镜头 显示设备 摄像机
分辨率为1/2d，d为线宽。单位是”线对/毫米” （lp/mm）
光学镜头的主要参数
分辨率（Resolution） 理想镜头的焦平面上能分辨清的条纹之间的间 距为 δ=1.22λ ·F 其倒数即为理想镜头的分辨率， λ为光的波长， F为光圈系数值 NL = 1/(1.22λ ·F)
光学镜头的主要参数
机器视觉镜头的光学系统一般是由若干 组透镜组成。每组透镜可能是一个单透 镜，也可能是由两片或两片以上单片透 镜互相胶合而成。 机器视觉镜头都是厚透镜。但在大多数 情况下，薄透镜的几何关系和参数计算， 可以用来作为选择镜头的依据。
光学镜头的主要参数
分辨率（Resolution）
工作距离（WD） 视 野 （ FOV ） 景深（DOF）
主要内容
光学系统的基本概念及相关知识 镜头的基本参数及相关知识 如何选择镜头
光学系统的基本概念及相关知识
光学系统的基本概念
光心和主轴 光心是透镜的光学中心； 主光轴又叫主轴，是指透镜通过光心的两个折 射面曲率中心的连线及其延长线； 透镜除了主光轴外，还有副光轴，凡是其他通 过光心的任一直线都叫做透镜的副光轴； 一个透镜的主光轴只有一个，而副光轴却有无 数个