工業(yè)相機(jī)鏡頭的基礎(chǔ)知識(shí)!.ppt

1、1,3-4 工業(yè)鏡頭的接口 5 工業(yè)鏡頭的基本參數(shù) 6 工業(yè)鏡頭的其他參數(shù) 7 光學(xué)放大倍率 8 顯示放大倍率 工業(yè)鏡頭各參數(shù)間相互影響關(guān)系 10 工業(yè)鏡頭的主要類別：分類方式 11-21 工業(yè)鏡頭的主要類別 分類方式、常用攝像物鏡、近攝物鏡、遠(yuǎn)攝物鏡、 遠(yuǎn)心物鏡、遠(yuǎn)距物鏡、反遠(yuǎn)距物鏡、畸變物鏡 22-23 常用的工業(yè)鏡頭品牌及代理商 FA鏡頭和連續(xù)變倍鏡頭 24 連續(xù)變倍鏡頭圖片 25 工業(yè)鏡頭選擇要點(diǎn),目錄,2,工業(yè)鏡頭的接口,物鏡的接口尺寸是有國際標(biāo)準(zhǔn)的，共有三種接口型式，即F型、C型、CS型。F型接口是通用型接口，一般適用于焦距大于25mm的鏡頭；而當(dāng)物鏡的焦距約小于25mm時(shí)，因物鏡

2、的尺寸不大，便采用C型或CS型接口。,3,工業(yè)鏡頭的接口,C接口和CS接口的區(qū)別,C與CS接口的區(qū)別在于鏡頭與攝像機(jī)接觸面至鏡頭焦平面（攝像機(jī)CCD光電感應(yīng)器應(yīng)處的位置）的距離不同，C型接口此距離為17.5mm., CS型接口此距離為12.5mm.。 C型鏡頭與C型攝像機(jī)，CS型鏡頭與CS型攝像機(jī)可以配合使用。C型鏡頭與CS型攝像機(jī)之間增加一個(gè) 5mm的C/CS轉(zhuǎn)接環(huán)可以配合使用。CS型鏡頭與C型攝像機(jī)無法配合使用。,4,視場(chǎng)(Field of view, 即FOV，也叫視野范圍) ：指觀測(cè)物體的可視范圍，也就是充滿相機(jī)采集芯片的物體部分。（視場(chǎng)范圍是選型中必須要了解的） 工作距離(Worki

3、ng Distance,即WD):指從鏡頭前部到受檢驗(yàn)物體的距離。即清晰成像的表面距離（選型必須要了解的問題，工作距離是否可調(diào)？包括是否有安裝空間等） 分辨率：圖像系統(tǒng)可以測(cè)到的受檢驗(yàn)物體上的最小可分辨特征尺寸。在多數(shù)情況下，視野越小，分辨率越好。 景深 (Depth of view，即DOF)：物體離最佳焦點(diǎn)較近或較遠(yuǎn)時(shí)，鏡頭保持所需分辨率的能力（需要了解客戶對(duì)景深是否有特殊要求？）,圖 1: 鏡頭基本參數(shù)示意圖,工業(yè)鏡頭的基本參數(shù),5,工業(yè)鏡頭的其他參數(shù),感光芯片尺寸：相機(jī)感光芯片的有效區(qū)域尺寸，一般指水平尺寸。這個(gè)參數(shù)對(duì)于決定合適的鏡頭縮放比例以獲取想要的視場(chǎng)非常重要。鏡頭主要縮放比例

4、(PMAG) 由感光芯片的尺寸和視場(chǎng)的比率來定義。雖然基本參數(shù)包括感光芯片的尺寸和視場(chǎng)，但PMAG卻不屬于基本參數(shù)。 焦距（f）焦距，是光學(xué)系統(tǒng)中衡量光的聚集或發(fā)散的度量方式，指從透鏡的光心到光聚集之焦點(diǎn)的距離。亦是照相機(jī)中，從鏡片中心到底片或CCD等成像平面的距離。（需要記住的公式） f=工作距離/視野范圍長邊（或短邊）X CCD長邊（或短） 焦距大小的影響情況： 焦距越小，景深越大； 焦距越小，畸變?cè)酱螅?焦距越小，漸暈現(xiàn)象越嚴(yán)重，使像差邊緣的照度降低；,6,解析度表示一組物鏡所能見到了2點(diǎn)的最小間隔,解像力 mm中間可以看到黑白線的條數(shù)。單位（lp）/mm.,0.61x 使用波長()/

5、NA=解析度()以上的計(jì)算方法理論上可以計(jì)算出解析度，但不包括失真。使用波長為550nm,MTF（Modulation Transfer Function） 成像時(shí)再現(xiàn)物體表面的濃淡變化而使用的空間周波數(shù)和對(duì)比度。,7,失真（distortion）：（衡量鏡頭性能的指標(biāo)之一） 又稱畸變，指被攝物平面內(nèi)的主軸外直線，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像后變?yōu)榍€，則此光學(xué)系統(tǒng)的成像誤差稱為畸變?；兿癫钪挥绊懹跋竦膸缀涡螤睿挥绊懹跋竦那逦?。,光圈與F值 光圈是一個(gè)用來控制鏡頭通光量裝置，它通常是在鏡頭內(nèi)。表達(dá)光圈大小我們是用F值，如f1。4，f2，f2。8 etc,8,工業(yè)鏡頭各參數(shù)間相互影響關(guān)系,光圈大小的影

6、響情況： 光圈越大，圖像亮度越高； 景深越?。环直媛试礁?； 像場(chǎng)中央與邊緣： 一般像場(chǎng)中心較邊緣分辨率高； 像場(chǎng)中心較邊緣光場(chǎng)照度高 光波長度的影響：在相同的工業(yè)相機(jī)及鏡頭參數(shù)條件下，照明光源的光波波長越短，得到的圖像的分辨力越高。所以在需要精密尺寸及位置測(cè)量的視覺系統(tǒng)中，盡量采用短波長的單色光作為照明光源，對(duì)提高系統(tǒng)精度有很大的作用。,9,用于計(jì)算主要縮放比例的公式如下： PMAG = 感光芯片尺寸 (mm) / 視場(chǎng) (mm),圖 2: 主要縮放比例、感光芯片尺寸和視場(chǎng)的關(guān)系示意圖,光學(xué)放大倍數(shù),10,11,顯示放大倍數(shù),顯示放大倍率在顯微中應(yīng)用非常廣泛，被測(cè)物體的顯示放大倍率取決于三個(gè)因

7、素：鏡頭光學(xué)倍率、工業(yè)相機(jī)感光芯片的尺寸（靶面大?。?、顯示器尺寸。 顯示放大倍率=鏡頭光學(xué)倍率顯示器尺寸25.4/耙面對(duì)角線尺寸,12,工業(yè)鏡頭的主要類別：分類方式,按焦距劃分：定焦和變焦 按光圈劃分：固定光圈和可變光圈 按接口劃分：C接口、CS接口、F接口等 按倍數(shù)劃分：定倍鏡頭、連續(xù)變倍鏡頭 機(jī)器視覺行業(yè)常用到的很重要的鏡頭主要包括FA鏡頭，遠(yuǎn)心鏡頭和工業(yè)顯微鏡 等,13,工業(yè)鏡頭的主要類別：常用攝像物鏡,主要參數(shù)有焦距f 光圈數(shù)F和視場(chǎng)2. 經(jīng)驗(yàn)公式：1/F *tanf=C,F型接口類型攝像物鏡焦距表（mm）,C,CS型接口類型攝像物鏡焦距表(mm),常用攝像物鏡參數(shù),14,接圈 簡(jiǎn)單的

8、近攝物鏡是在照相鏡頭和CCD相機(jī)之間加入一個(gè)接圈，見圖1.118 ，由此，CCD的敏感面可以位于照相鏡頭的像方焦面的外面一段距離，從而可以攝取到較近距離目標(biāo)的像，但它受到圖像清晰度的限制。,工業(yè)鏡頭的主要類別：近攝物鏡,近攝物鏡,15,近攝透鏡 在攝像物鏡前端擰上一個(gè)近攝透鏡，可以攝取到更近距離目標(biāo)的像。采用近攝鏡后，目標(biāo)像的畸變?cè)龃罅耍瑸榇?，近攝透鏡的屈光率不能太大，使原工作距離的縮短量一般不超過20。,工業(yè)鏡頭的主要類別：近攝物鏡,近攝物鏡,16,與近攝物鏡相反，為了對(duì)遠(yuǎn)距離目標(biāo)攝取到清晰圖像，要采用遠(yuǎn)攝物鏡。這種物鏡是一長焦距物鏡。遠(yuǎn)攝物鏡可以是折射系統(tǒng)、反射系統(tǒng)或折反射系統(tǒng)。反射式遠(yuǎn)攝

9、物鏡常采用卡塞格林式遠(yuǎn)攝物鏡.折反式遠(yuǎn)攝物鏡由于采用前部校正透鏡，其成像質(zhì)量更加良好.,工業(yè)鏡頭的主要類別：遠(yuǎn)攝物鏡,遠(yuǎn)攝物鏡,17,遠(yuǎn)心鏡頭特性 物方遠(yuǎn)心鏡頭可以消除透視畸變，像方遠(yuǎn)心鏡頭可以獲得更好的像面照度的均勻性。,18,物方遠(yuǎn)心物鏡 采用平行光路設(shè)計(jì)，物方遠(yuǎn)心物鏡是將孔徑光闌放置在光學(xué)系統(tǒng)的像方焦平面上。,工業(yè)鏡頭的主要類別：遠(yuǎn)心鏡頭,遠(yuǎn)心鏡頭,19,像方遠(yuǎn)心光路 像方遠(yuǎn)心光路是將孔徑光闌放置在光學(xué)系統(tǒng)的物 方焦平面上，而像方的主光線平行于光軸。,工業(yè)鏡頭的主要類別：遠(yuǎn)心物鏡,遠(yuǎn)心物鏡,20,在測(cè)量系統(tǒng)中，物距常發(fā)生變化，從而使像高發(fā)生變化，所以測(cè)得的物體尺寸也發(fā)生變化，即產(chǎn)生了測(cè)量

10、誤差； 即使物距是固定的，也會(huì)因?yàn)镃CD敏感表面不易精確調(diào)整在像平面上，同樣親會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。 采用遠(yuǎn)心物鏡中的像方遠(yuǎn)心物鏡可以消除物距變化帶來的測(cè)量誤差，而物方遠(yuǎn)心物鏡則可以消除CCD位置不準(zhǔn)帶來的測(cè)量誤差。,工業(yè)鏡頭的主要類別：遠(yuǎn)心物鏡,遠(yuǎn)心物鏡,21,遠(yuǎn)距物鏡是一種焦距很長而鏡筒較短的物鏡，從物鏡前表面到像平面的距離小于焦距，這對(duì)于長焦距物鏡來說，有利于縮短物鏡的軸向尺寸。按照上述原理構(gòu)成的遠(yuǎn)距物鏡，結(jié)構(gòu)型式是各種各樣的，尤其是前組，由于負(fù)擔(dān)較大的光焦度，結(jié)構(gòu)一般要比后組復(fù)雜。,工業(yè)鏡頭的主要類別：遠(yuǎn)距物鏡,遠(yuǎn)距物鏡,22,反遠(yuǎn)鏡是一種焦距較短而后截距很長的物鏡，這樣，在物鏡和CCD之間

11、可以加入分光鏡，以實(shí)現(xiàn)取景等作用。,工業(yè)鏡頭的主要類別：反遠(yuǎn)距物鏡,反遠(yuǎn)距物鏡,23,畸變物鏡能夠在它的像中預(yù)先引入規(guī)定的畸變。當(dāng)物鏡存在很大的負(fù)畸變時(shí)，實(shí)際上能夠拍攝角視場(chǎng)超過180的物空間。這種物鏡用于宇航研究、氣像測(cè)量中。 吉柳在1930年首先成功地實(shí)現(xiàn)了角視場(chǎng)180o和相對(duì)孔徑1：22的畸變物鏡（圖1.130b）。畸變物鏡可以按照反遠(yuǎn)距物鏡的光路圖作出。第一組由一或二個(gè)透鏡組成，并造成很大的畸變（圖c、d）。第二透鏡組用于校正像差，以便獲得清晰的像。 為了研制超廣角物鏡，像場(chǎng)角余弦四次方的影響是最大的障礙。但是由于負(fù)的畸變，在像場(chǎng)邊緣上光束深縮，因而在像場(chǎng)邊緣上實(shí)際光學(xué)密度并不比視場(chǎng)中心低。,工業(yè)鏡頭的主要類別：畸變物鏡,畸變物鏡,24,常用的工業(yè)鏡頭品牌,25,常用的工業(yè)鏡頭品牌及代理商,26,常用鏡頭圖片,定倍遠(yuǎn)心鏡頭,Navitar zoom6000 連續(xù)變倍鏡頭組件,Navitar zoom6000 連續(xù)變倍鏡頭,定焦鏡頭,27,工業(yè)鏡頭的選擇要點(diǎn),1、視野范圍、光學(xué)放大倍數(shù)及期望的工作距離：在選擇鏡頭時(shí)，我們會(huì)選擇比被測(cè)物體視野稍大一點(diǎn)的鏡頭，以有利于運(yùn)動(dòng)控制。 2、景深要求：對(duì)于對(duì)景深有要求的項(xiàng)目，盡可能使用小的光圈；在選擇放大倍率的鏡頭時(shí)，在項(xiàng)目許可下盡可能選用低倍