镜头基础知识

工业镜头是图像采集的重要成像部件，是机器视觉系统的眼睛，在整个系统设计中它的重要性不言而喻。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。所以机器视觉镜头选型的正确与否直接影响着整个机器视觉系统。

在整个机器视觉方案中，镜头是图像采集的重要组成要素，因此工业镜头选型的正确与否至关重要。主要有以下几点需要先确认：

• 1、系统运动或者静止：速度快慢会影响拍照位置的偏移以及导致采集的图片产生畸变；
• 2、对光谱响应有特殊要求：比如，对于紫外环境，普通的玻璃镜头会吸收几乎所有紫外光；
• 3、对安装空间有限制要求的：工业镜头的大小、长度及其他参数；
• 4、是否需要在镜头上加光源：根据现场环境和目标成像效果，选择合适的光源；
• 5、机器视觉镜头的工作环境和样品的大小；
• 6、是否有其他特殊构件；

根据拍摄物体的现场环境和实际需求，考虑是否需要景深比较大的镜头。例如，有些检测或测量中必须将工业相机成一定角度，且要求整个物体成像清晰；被测目标不在同一个平面上，这就需要考虑镜头的景深。
焦距越短，景深越大；光圈越小，景深越大；镜头离物体的距离越远，景深越大。小光圈和良好的光线使聚焦更简单，但是小光圈会丧失物体的精细结构，相机芯片像元越大景深越大。

镜头部分参数：

• 1.分辨率：相机每次采集图像的像素点数，对于数字工业相机一般是直接与光电传感器的像元数对应的。

• 2.像素深度：即每像素数据的位数，一般常用的是8Bit，对于数字工业相机一般还会有10Bit、12Bit等。

• 3.最大帧率/行频：相机采集传输图像的速率，对于面阵相机一般为每秒采集的帧数，对于线阵相机为每秒采集的行数。

• 4.像元尺寸：像元大小和像元数（分辨率）共同决定了相机靶面的大小。目前工业相机像元尺寸一般为3μm-10μm，一般像元尺寸越小，制造难度越大，图像质量也越不容易提高。

• 5.曝光方式和快门速度：对于线阵相机都是逐行曝光的方式，可以选择固定行频和外触发同步的采集方式；面阵工业相机有帧曝光、场曝光和滚动行曝光等几种常见方式，工业相机一般都提供外触发采图的功能。快门速度一般可到10微秒，高速工业相机还可以更快。

• 6.光谱响应特性：是指该像元传感器对不同光波的敏感特性，一般响应范围是350nm－1000nm，一些相机在靶面前加了一个滤镜，滤除红外光线，如果系统需要对红外感光时可去掉该滤镜。

镜头的选择：

• 1、视野范围、光学放大倍数及工作距离：在选择镜头时，我们会选择比被测物体视野稍大一点的镜头，以有利于运动控制。

• 2、景深要求：对于有景深要求的项目，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时，倾向选择高景深的尖端镜头。

• 3、芯片大小和相机接口 ：选择匹配的相机接口和芯片尺寸规格，比如2/3”镜头支持最大的工业相机耙面为2/3”,它是不能支持1英寸以上的工业相机。

• 4、安装环境：根据需求注意与光源的配合，选择合适的镜头。