工业相机镜头的基础知识!.ppt

1,3-4 工业镜头的接口 5 工业镜头的基本参数 6 工业镜头的其他参数 7 光学放大倍率 8 显示放大倍率 工业镜头各参数间相互影响关系 10 工业镜头的主要类别：分类方式 11-21 工业镜头的主要类别 分类方式、常用摄像物镜、近摄物镜、远摄物镜、 远心物镜、远距物镜、反远距物镜、畸变物镜 22-23 常用的工业镜头品牌及代理商 FA镜头和连续变倍镜头 24 连续变倍镜头图片 25 工业镜头选择要点,目录,2,工业镜头的接口,物镜的接口尺寸是有国际标准的，共有三种接口型式，即F型、C型、CS型。F型接口是通用型接口，一般适用于焦距大于25mm的镜头；而当物镜的焦距约小于25mm时，因物镜的尺寸不大，便采用C型或CS型接口。,3,工业镜头的接口,C接口和CS接口的区别,C与CS接口的区别在于镜头与摄像机接触面至镜头焦平面（摄像机CCD光电感应器应处的位置）的距离不同，C型接口此距离为17.5mm., CS型接口此距离为12.5mm.。 C型镜头与C型摄像机，CS型镜头与CS型摄像机可以配合使用。C型镜头与CS型摄像机之间增加一个 5mm的C/CS转接环可以配合使用。CS型镜头与C型摄像机无法配合使用。,4,视场(Field of view, 即FOV，也叫视野范围) ：指观测物体的可视范围，也就是充满相机采集芯片的物体部分。（视场范围是选型中必须要了解的） 工作距离(Working Distance,即WD):指从镜头前部到受检验物体的距离。即清晰成像的表面距离（选型必须要了解的问题，工作距离是否可调？包括是否有安装空间等） 分辨率：图像系统可以测到的受检验物体上的最小可分辨特征尺寸。在多数情况下，视野越小，分辨率越好。 景深 (Depth of view，即DOF)：物体离最佳焦点较近或较远时，镜头保持所需分辨率的能力 （需要了解客户对景深是否有特殊要求？）,图 1: 镜头基本参数示意图,工业镜头的基本参数,5,工业镜头的其他参数,感光芯片尺寸：相机感光芯片的有效区域尺寸，一般指水平尺寸。这个参数对于决定合适的镜头缩放比例以获取想要的视场非常重要。镜头主要缩放比例 (PMAG) 由感光芯片的尺寸和视场的比率来定义。虽然基本参数包括感光芯片的尺寸和视场，但PMAG却不属于基本参数。 焦距（f）焦距，是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式，指从透镜的光心到光聚集之焦点的距离。亦是照相机中，从镜片中心到底片或CCD等成像平面的距离。（需要记住的公式） f=工作距离/视野范围长边（或短边）X CCD长边（或短） 焦距大小的影响情况： 焦距越小，景深越大； 焦距越小，畸变越大； 焦距越小，渐晕现象越严重，使像差边缘的照度降低；,6,解析度 表示一组物镜所能见到了2点的最小间隔,解像力 mm中间可以看到黑白线的条数。单位（lp）/mm.,0.61x 使用波长()/ NA=解析度() 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,MTF（Modulation Transfer Function） 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。,7,失真（distortion）：（衡量镜头性能的指标之一） 又称畸变，指被摄物平面内的主轴外直线，经光学系统成像后变为曲线，则此光学系统的成像误差称为畸变。畸变像差只影响影像的几何形状，而不影响影像的清晰度。,光圈与F值 光圈是一个用来控制镜头通光量装置，它通常是在镜头内。表达光圈大小我们是用F值，如f1。4，f2，f2。8 etc,8,工业镜头各参数间相互影响关系,光圈大小的影响情况： 光圈越大，图像亮度越高； 景深越小；分辨率越高； 像场中央与边缘： 一般像场中心较边缘分辨率高； 像场中心较边缘光场照度高 光波长度的影响： 在相同的工业相机及镜头参数条件下，照明光源的光波波长越短，得到的图像的分辨力越高。所以在需要精密尺寸及位置测量的视觉系统中，尽量采用短波长的单色光作为照明光源，对提高系统精度有很大的作用。,9,用于计算主要缩放比例的公式如下： PMAG = 感光芯片尺寸 (mm) / 视场 (mm),图 2: 主要缩放比例、感光芯片尺寸和视场的关系示意图,光学放大倍数,10,11,显示放大倍数,显示放大倍率在显微中应用非常广泛，被测物体的显示放大倍率取决于三个因素：镜头光学倍率、工业相机感光芯片的尺寸（靶面大小）、显示器尺寸。 显示放大倍率=镜头光学倍率显示器尺寸25.4/耙面对角线尺寸,12,工业镜头的主要类别：分类方式,按焦距划分：定焦和变焦 按光圈划分：固定光圈和可变光圈 按接口划分：C接口、CS接口、F接口等 按倍数划分：定倍镜头、连续变倍镜头 机器视觉行业常用到的很重要的镜头主要包括FA镜头，远心镜头和工业显微镜 等,13,工业镜头的主要类别：常用摄像物镜,主要参数有焦距f 光圈数F和视场2. 经验公式：1/F *tanf=C,F型接口类型摄像物镜焦距表（mm）,C,CS型接口类型摄像物镜焦距表(mm),常用摄像物镜参数,14,接圈 简单的近摄物镜是在照相镜头和CCD相机之间加入一个接圈，见图1.118 ，由此，CCD的敏感面可以位于照相镜头的像方焦面的外面一段距离，从而可以摄取到较近距离目标的像，但它受到图像清晰度的限制。,工业镜头的主要类别：近摄物镜,近摄物镜,15,近摄透镜 在摄像物镜前端拧上一个近摄透镜，可以摄取到更近距离目标的像。采用近摄镜后，目标像的畸变增大了，为此，近摄透镜的屈光率不能太大，使原工作距离的缩短量一般不超过20。,工业镜头的主要类别：近摄物镜,近摄物镜,16,与近摄物镜相反，为了对远距离目标摄取到清晰图像，要采用远摄物镜。这种物镜是一长焦距物镜。远摄物镜可以是折射系统、反射系统或折反射系统。反射式远摄物镜常采用卡塞格林式远摄物镜.折反式远摄物镜由于采用前部校正透镜，其成像质量更加良好.,工业镜头的主要类别：远摄物镜,远摄物镜,17,远心镜头特性 物方远心镜头可以消除透视畸变，像方远心镜头可以获得更好的像面照度的均匀性。,18,物方远心物镜 采用平行光路设计，物方远心物镜是将孔径光阑放置在光学系统的像方焦平面上。,工业镜头的主要类别：远心镜头,远心镜头,19,像方远心光路 像方远心光路是将孔径光阑放置在光学系统的物 方焦平面上，而像方的主光线平行于光轴。,工业镜头的主要类别：远心物镜,远心物镜,20,在测量系统中，物距常发生变化，从而使像高发生变化，所以测得的物体尺寸也发生变化，即产生了测量误差； 即使物距是固定的，也会因为CCD敏感表面不易精确调整在像平面上，同样亲会产生测量误差。 采用远心物镜中的像方远心物镜可以消除物距变化带来的测量误差，而物方远心物镜则可以消除CCD位置不准带来的测量误差。,工业镜头的主要类别：远心物镜,远心物镜,21,远距物镜是一种焦距很长而镜筒较短的物镜，从物镜前表面到像平面的距离小于焦距，这对于长焦距物镜来说，有利于缩短物镜的轴向尺寸。按照上述原理构成的远距物镜，结构型式是各种各样的，尤其是前组，由于负担较大的光焦度，结构一般要比后组复杂。,工业镜头的主要类别：远距物镜,远距物镜,22,反远镜是一种焦距较短而后截距很长的物镜，这样，在物镜和CCD之间可以加入分光镜，以实现取景等作用。,工业镜头的主要类别：反远距物镜,反远距物镜,23,畸变物镜能够在它的像中预先引入规定的畸变。当物镜存在很大的负畸变时，实际上能够拍摄角视场超过180的物空间。这种物镜用于宇航研究、气像测量中。 吉柳在1930年首先成功地实现了角视场180o和相对孔径1：22的畸变物镜（图1.130b）。畸变物镜可以按照反远距物镜的光路图作出。第一组由一或二个透镜组成，并造成很大的畸变（图c、d）。第二透镜组用于校正像差，以便获得清晰的像。 为了研制超广角物镜，像场角余弦四次方的影响是最大的障碍。但是由于负的畸变，在像场边缘上光束深缩，因而在像场边缘上实际光学密度并不比视场中心低。,工业镜头的主要类别：畸变物镜,畸变物镜,24,常用的工业镜头品牌,25,常用的工业镜头品牌及代理商,26,常用镜头图片,定倍远心镜头,Navitar zoom6000 连续变倍镜头组件,Navitar zoom6000 连续变倍镜头,定焦镜头,27,工业镜头的选择要点,1、视野范围、光学放大倍数及期望的工作距离：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：对于对景深有要求的项目，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