机器视觉光学镜头的简介及分类
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。
镜头基本结构
镜头基本结构机器视觉光学系统讨论的是可见视觉成像系统的镜头，镜头的作用是将目标聚集在图象传感器的光敏面上，镜头质量的好坏直接影响到机器视觉的整体性能，合理选择光学镜头是机器视觉系统设计的一个重要环节。
机器视觉光学系统的镜头一般由一组透镜和光阑组成，下面分别做简单介绍：1）透镜透镜包括凸透镜和凹透镜两种，其中凸透镜对光线具有会聚作用，也称为会聚透镜或正透镜；凹透镜对光线有发散作用，也称为发散透镜或负透镜。
由于正负透镜具有相反的作用，所以经常将两者配合使用，以矫正像差或其他失真。
2）光阑进入镜头的光束大小一般由透镜框和其他机械结构决定。
通常在镜头中设置设置带孔的金属薄片以限制光束的大小，称为光阑，其通光孔一般为圆形并中心在透镜的中心轴上。
为了调节进光量，普通镜头都具有光圈调节环，调节环转动时带动镜头内的黑色叶片以光轴为中心做伸缩运动，称为可变孔径光阑。
镜头中决定成像面大小的光阑称为视场光阑。
镜头的镜管通常被加工成罗纹状并漆成黑色以消除杂光的影响。
4）自动光圈在机器视觉中，自动光圈的主要作用是通过自动调整光圈控制入射光通量的大小，从而使CCD获得理想的曝光，以获得理想的图象。
自动光圈镜头目前主要有两类：一类是视频驱动型(Video)，另一类是直流驱动型（DC）。
5）变焦镜头变焦镜头的成像质量一般低于固定焦距镜头，但在无须改变物距的情况下通过焦距变化即可获得清晰的图象，从而提高了机器视觉的设计灵活性。
6）自动调焦自动调焦镜头可以根据不同的成像目标对镜头的焦距进行自动调整，从而确保在多种应用下都能实现精确聚焦。
CCD相机一般采用差分式对比传递函数方式进行自动调焦。
7）镜头接口物镜的接口尺寸国际标准共有三种：F型、C型、CS型。
F型比较通用，一般实用于焦距大于25mm的镜头，而小于25mm时因为物镜的尺寸不大，便采用C型或CS型。
8）镜头性能镜头的性能指标主要包括焦距、相对孔径、视场角度和光谱特性几个方面。
机器视觉基本概念——光学镜头
机器视觉基本概念——光学镜头光学镜头1. 焦距 Focal Length光学系统主点到焦点的距离。
2. 景深 Depth of field, 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。
3. 数值孔径 Numerical Apeture (NA)孔径⾓：物镜光轴上的物体点与物镜前透镜的有效直接直径所形成的⾓度。
数值孔径 NA: 物镜前透镜与被检物体之间介质的折射率n和孔径⾓θ的正弦的乘积。
4. 分辨率 Resolution分辨率定位为: 能被分辨开来的两个物点之间的最⼩距离，称为镜头的物⽅分辨率，记为Resolution(物) 单位µm只有镜头分辨率和相机分辨率匹配，才能得到最佳成像效果。
像⽅分辨率 = 2 * 像元尺⼨时，说明此时镜头分辨率与相机完全匹配。
5. 畸变 Distortion畸变也称失真，是由于光阑球差的影响，不同视场的主光线通过光学系统后与⾼斯像⾯的交点⾼度不等于理想像⾼，⼆者之差就是畸变。
畸变通常有两种计算⽅法：光学畸变和TV失真。
Optical distortion = Δy/y * 100 [%]6. MTF7. 远⼼镜头与远⼼度当⼈眼观察同⼀个物体，近距离时，感觉物体⽐较⼤，远距离时，感觉物体⽐较⼩，这种现象叫做透视误差.⽤远⼼镜头来消除透视误差。
8. 视场 FOV视场也称为视野，是指能被视觉系统观察到的物⽅可视范围。
9. 放⼤倍率机器视觉⾏业⾥提到的镜头光学放⼤倍率通常是指垂轴放⼤倍率，即像和物的⼤⼩之⽐。
10. ⼯作距离及物像距离⼯作距离(WD)是指镜头最下端机械⾯到物体的距离。
物像距离(O/I)是指物平⾯到相机芯⽚间的距离。
物像距离=⼯作距离+镜头本体长度+法兰距。
11. 法兰距离和镜头接⼝所谓法兰距离，就是指相机机⾝与镜头接触的机械⾯到相机芯⽚之间的距离。
镜头的后截距需和相机的法兰距离对应，才能让光线聚焦在相机芯⽚上。
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。
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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。
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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
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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。
机器视觉之镜头基础知识
镜头基础知识光学镜头的主要参数焦距主点到焦点的距离称为光学系统的焦距，这是镜头的重要参数之一，它决定了像与实际物体之间的比例。
在物距一定的情况下，要得到大比例的像，则要求选用长焦距的镜头。
如图2所示，自物方主点H到物方焦点F的距离称为物方焦距或前焦距f；类似地，自像方主点H '到物方焦点F '的距离称为物方焦距或前焦距f '。
其定义具有方向性，如果主点到焦点的方向与光线的方向一致，则焦距为正；反之则为负。
图2中所示的情况，像方焦距f '>0，物方焦距f '<0。
如果系统两侧的介质相同，则f '=-f。
相对孔径与光圈数F数相对孔径为入瞳直径与焦距的比值D/f ' ，它主要影响像面的照度，照相镜头像面的照度与相对孔径的平方成正比。
为了满足景物较暗时摄影的需要，或者为了对高速运动物体摄影，要求采用很短的曝光时间，它们都要求提高像面的照度，因此就需要采用大的相对孔径。
镜头通常采用光圈数F来表示通光孔径的大小，光圈数F数为相对孔径的倒数，即F=f ' / D视场角（FOV：Field of view）与像面尺寸镜头的视场角决定了被拍摄景物的范围。
由于摄影系统一般是对远处景物成像，所以其像面通常位于焦平面附近，因此像面大小与视场角2W ' 的关系可表示为公式y ' =f ' tanW '公式中y ' 应该是像面区域的半径。
目前，工业相机通常使用CCD或者CMOS传感器作为像面接收器，有面阵和线阵两种，其工作区域的形状分别为矩形或线形，传感器的工作区域必须包含在镜头所确定的像面圆形区域之内。
在镜头的参数中，也经常使用传感器的大小来表示视场大小。
面阵传感器是由许多像素单元组成的一个矩形阵列，每个像素单元都是一个方形传感器。
面阵传感器的大小通线阵传感器也是由许多像素单元组成，与面阵传感器不同的是，这些像素单元排成一个单列。
机器视觉相机光源镜头分类
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。
光源分类
• 6、线性光源：超高亮度，采用柱面透镜聚光，适用于各种流水线连 续检测场合。 • 7、同轴光：同轴光源可以消除物体表面不平整引起的阴影，从而减 少干扰；部分采用分光镜设计，减少光损失，提高成像清晰度，均匀 照射物体表面。 • 8、点光源：大功率LED，体积小，发光强度高；光纤卤素灯的替代品， 尤其适合作为镜头的同轴光源等，高效散热装置，大大提高光源的使 用寿命。 • 9、组合条形光：四边配置条形光，每边照明独立可控制；可根据被 测物体要求调整所需照明角度，适用性广。 • 10、对位光源：对位光源速度快，视场大；精度高；体积小；便于检 测集成，亮度高，可选配辅助环形光。
灵活性高，可扩充性强，支持远距离传输，支持多点传输，技术成熟， 鲁棒性强，成本低 • USB3.0 灵活性高，传输距离短，可靠性低，技术不成熟
镜头分类
• 镜头的基本参数： • FOV：视野范围；WD：镜头第一个工作面到被测物体的距离；DOF： 景深； β：光学放大倍率；NA：数值孔径；Flange dis tance：后背焦 • 镜头的分类： • 1、按相机的不同分为面阵镜头和线阵镜头 • 2、按焦距分为定焦镜头和变焦镜头 • 3、按放大倍数分为定倍镜头和变倍镜头 • 4、按远心类型分为物方远心镜头、像方远心镜头和两侧远心镜头
机器视觉系统的组成
• 图像获取：光源、镜头、相机、采集卡、机械平台 • 图像处理与分析：工控主机、图像处理分析软件、图形交互界面 • 判决执行：电传单元、机械单元
光学镜头概述及分类
光学镜头概述及分类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。
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。
根据有效像场的大小，一般可分为如下几类：镜头类型有效像场尺寸1/4英寸摄像镜头 3.2mm×2.4mm（对角线4mm）1/3英寸摄像镜头 4.8mm×3.6mm（对角线6mm）电视摄像镜头1/2英寸摄像镜头 6.4mm×4.8mm（对角线8mm）2/3英寸摄像镜头8.8mm×6.6mm（对角线11mm）1英寸摄像镜头12.8mm×9.6mm（对角线16mm）35mm电影摄影镜头21.95mm×16mm（对角线27.16mm）电影摄影镜头16mm电影摄影镜头10.05mm×7.42mm（对角线12.49mm）135型摄影镜头36mm×24mm127型摄影镜头40mm×40mm照相镜头120型摄影镜头80mm×60mm中型摄影镜头82mm×56mm大型摄影镜头240mm×180mm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。
光学镜头概述及分类
光学镜头概述及分类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。
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。
根据有效像场的大小，一般可分为如下几类：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。
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机器视觉光学镜头的简介及分类
镜头对于机器视觉系统来说具有非常重要的作用，其功能就是光学成像，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。
由此可见，镜头的选择对成像质量有着关键性的作用。
现在，西安易菲特视觉系统为大家简单的介绍下机器视觉光学镜头的分类：
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、超长焦五大类。
而变焦镜头又可分为手动变焦和电动变焦两大类。
根据有效像场的大小划分，分为最大像场和清晰像场。
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。
根据用途的特殊性划分，分为显微镜头、微距镜头、远心镜头、紫外镜头和红外镜头。
显微镜头一般是成像比例大于10:1的拍摄系统所用，微距镜头一般是成像比例为2:1～1:4的范围内的特殊设计的镜头，远心镜头主要是为纠正传统镜头的视差而特殊设计的镜头，紫外镜头和红外镜头是专门针对紫外线和红外线进行设计的镜头。
而根据镜头接口类型划分，工业摄像机常用的镜头包括C接口、CS接口、F接口、V 接口、T2接口、徕卡接口、M42接口、M50接口等。
以上就是机器视觉光学镜头的简介和分类，很多人都不太注意镜头的选择，从而导致一系列问题的出现，希望大家能够重视光学镜头的选择。
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