机器人视觉与传感器技术-镜头

机器人视觉与传感技术任务一：镜头目录CONTENT镜头的构成01镜头的参数02镜头成像质量的评价03镜头的分类04特殊镜头05镜头的选择06知识目标：1.了解镜头的特征

2.了解镜头各项参数的涵义能力目标：1.能够正确的选择镜头

2.通过镜头参数可以说出镜头的用途和特点机器人视觉与传感技术任务一：镜头机器人视觉与传感技术任务一：镜头一、镜头的结构机器人视觉与传感技术任务一：镜头镜头的功能就是让光线进入照相机并聚焦光线在感光元件上形成清晰的影像。因此，成像的质量在很大程度上取决于镜头的性能与质量。镜头作用：把目标的光学图像聚焦，聚焦图像呈现在图像传感器的光敏面阵上，视觉系统处理的所有图像信息都是通过镜头得到的，镜头的质量直接影响视觉系统的整体性能。机器人视觉与传感技术任务一：镜头透镜通常采用高质量的光学玻璃制成，有凸透镜和凹透镜两类，镜头的光学结构通常采用“透镜片组”表示。镜头是由若干共轴的透镜组成，这些透镜彼此有空气间隔。因为成像时光线要通过每个透镜并且产生多次折射，所以镜头实际成像的光路非常复杂。现代相机镜头都采用多片凸、凹透镜组合而成，利用各种透镜的性能互相抵消、减弱像差，提高成像质量。透镜片组特殊透镜高质量的镜头都会装备经过特殊工艺处理的透镜。如：非球面透镜、超低色散透镜等，这类镜头具有成像更清晰、更明朗、色彩还原更鲜艳的特点。机器人视觉与传感技术任务一：镜头二、镜头的参数平行光线经过镜头的折射，在其主轴上聚成一个清晰的点，叫做焦巨1.镜头的焦距

简单的说焦距是焦点到面镜的中心点之间的距离。焦距，是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式，指平行光入射时从透镜光心到光聚集之焦点的距离。具有短焦距的光学系统比长焦距的光学系统有更佳聚集光的能力。照相机中焦距f<像距<2f才能成像。我们用的照相机的镜头就相当于一个凸透镜，胶片（或是数码相机的感光器件）就处在这个凸透镜的焦点附近，或者说，胶片与凸透镜光心的距离约等于这个凸透镜的焦距。机器人视觉与传感技术任务一：镜头

当将摄影镜头调整到无限远时，其实是一个有名无实的焦距。在设计上，是将透镜的主平面与底片或成像感测器的距离调整为焦距的长度，然后，远距离的物体就能在底片或感测器上形成清晰的影像。当镜头要拍摄比较接近的物体时，是镜头的主平面与成像检测器或胶片的距离发生变化，使得有限距离的物体得以清晰成像。对标准镜头（50mm）、广角镜头（24mm）、望远镜头（500mm）视野都是不一样的。对数码相机上也是一样，它们的感光器比一般传统35mm底片还要更小，所以相对的只要更短的焦距，就可以得到相同的影像。焦距通常使用毫米（mm）来标示，但仍然可能看见一些使用厘米（cm）或英寸标示的老镜头。视野的大小取决于镜头的焦距和底片大小的比例。由于最大众化的是35mm规格，镜头的视野经常是根据这种规格标示的。机器人视觉与传感技术任务一：镜头CCD，中文全称：电荷耦合元件。可以称为CCD图像传感器，也叫图像控制器。CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为电信号。

CCD上植入的微小光敏物质称作像素（Pixel）。CCD在摄像机里是一个极其重要的部件，它起到将光线转换成电信号的作用，类似于人的眼睛，因此其性能的好坏将直接影响到摄像机的性能。CCD的作用就像胶片一样，但它是把光信号转换成电荷信号。CCD上有许多排列整齐的光电二极管，能感应光线，并将光信号转变成电信号，经外部采样放大及模数转换电路转换成数字图像信号。CCD图像传感器可直接将光学信号转换为模拟电流信号，电流信号经过放大和模数转换，实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。其显著特点是：1、体积小重量轻。2、功耗小，工作电压低，抗冲击与震动，性能稳定，寿命长。机器人视觉与传感技术任务一：镜头2.工作距离机器人视觉与传感技术任务一：镜头焦距与视角的对应关系3.视角

视角描述了镜头能看多宽的能力。一般镜头的孔径光阑完全对称，而且镜头处于同一介质中，此时物方视角和像方视角相等，所以在使用中一般不区分物方视角和像方视角。机器人视觉与传感技术任务一：镜头4.光圈

相机的镜头是由多个透镜组成的，这些透镜具有一定的直径，一般还设置一个直径可变的金属光孔来限制进入镜头的光束大小，这个金属光孔称为“孔径光阑”。孔径光阑对它前方光学元件所成的像称为“入射光瞳”。镜头的口径又称“有效孔径”，是表示镜头的最大进光孔，即最大光圈。机器人视觉与传感技术任务一：镜头光圈可以控制镜头的进光量，也就是光照度，还可以调节景深，以及确定分辨率下系统成像的对比度，从而影响成像质量。机器人视觉与传感技术任务一：镜头5.景深机器人视觉与传感技术任务一：镜头1）镜头光圈：光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大；2）镜头焦距：镜头焦距越长，景深越小；焦距越短，景深越大；3）拍摄距离：距离越远，景深越大；距离越近，景深越小。机器人视觉与传感技术任务一：镜头三、镜头成像质量的评价镜头的好坏一般用像差来描述。像差是实际成像和理想成像之间的差异。像差产生的原因有很多，目前常用的像差有7种，分别是：慧差、球差、场曲、像散、位置色差、畸变和倍率色差。机器人视觉与传感技术任务一：镜头机器人视觉与传感技术任务一：镜头机器人视觉与传感技术任务一：镜头机器人视觉与传感技术任务一：镜头机器人视觉与传感技术任务一：镜头机器人视觉与传感技术任务一：镜头机器人视觉与传感技术任务一：镜头四、镜头的分类标准镜头称为标准的原因是因为拍摄时的水平视角与人们用眼睛观察周围世界的视场类同。标准镜头的焦距长度接近相机画幅对角线的长度。如：135画幅相机的标准镜头焦距为50mm，中画幅相机的标准镜头焦距为75mm。摄取景物的范围、前后景物的比例关系产生的透视感，都与人眼观看的效果类似；画面影像显得真切、自然。因为标准镜头真实、自然的成像特性，使其适用于摄影的各个方面。但是，中庸的标准镜头却缺少一些特殊的表现力。标准镜头的用途标准镜头的成像特点机器人视觉与传感技术任务一：镜头广角镜头与标准镜头相比，焦距短、视角大的镜头，称为“广角镜头”。如：对135相机来说，视角在75°、焦距为28mm的镜头。广角镜头中，视角范围特别广的镜头（80—110度）称为“超广角镜头”。在135相机上，泛指焦距为14—24mm的镜头。广角镜头的成像特性及其用途1、视角大，视野宽阔。有利于近距离摄取较广阔的景物范围。尤其适用于狭窄的室内拍摄、近距离拍摄建筑物的全貌和拍摄广阔的风光地貌。2、景深大，有利于把纵深大的被摄景物都清晰地成像。适合表现人多、故事线索多、纪实性的群像。3、透视感强烈，能够强调前景、突出远近对比。适合拍摄空间感、立体感强烈的画面。4、影像畸变大。近距离拍摄时使画面失真，尤其在画面的边缘部分。一般来说是缺点，但是却可以表现夸张、有趣的题材。机器人视觉与传感技术任务一：镜头长焦镜头长焦镜头也称为远摄镜头，是指比标准镜头的焦距长、视角小的镜头。长焦镜头也分“普通长焦镜头”和“超长焦镜头”，普通长焦镜头的焦距长度接近标准镜头，超长焦镜头的焦距却远远大于标准镜头。长焦镜头的特性及用途1、视角小，能远距离摄取景物的较大影像且不易干扰被摄对象。适用于拍摄远处景物的细部和拍摄不易接近的被摄体。2、景深小，能使处于杂乱环境中的被摄主体得到突出。适合拍摄背景环境较复杂的室外景物。3、透视感减弱，能够明显的压缩纵深景物的空间距离。使近大远小的比例缩小，画面失去立体感、近乎平面。4、影像畸变小。在人像摄影中这个特点尤其见长。机器人视觉与传感技术任务一：镜头定焦镜头定焦镜头是指仅有一个固定焦距的镜头。定焦镜头的优点1、口径大2、最短对焦距离近3、体积小、重量轻4、成像质量高对焦距离近意味着能够非常近的接近拍摄主体，得到大的结像。而且和大光圈配合能够实现更小的景深效果。这是镜头的设计所决定的，变焦镜头由于要考虑所有焦距段都有相对好的成像，就要牺牲局部的利益让整体有一个相对好的表现。但定焦镜头不用考虑这些。更多进光量、更小景深、更高快门速度。便于携带。机器人视觉与传感技术任务一：镜头变焦镜头变焦镜头是在一定范围内可以变换焦距的镜头。变焦镜头的特点变焦镜头最大的优点是一支变焦镜头能代替若干支定焦镜头的作用，因而携带方便。使用简便，既不必在拍摄中不断更换镜头，也不必为了构图而前后跑动。变焦镜头在不改变拍摄距离的情况下，可以通过变动焦距来改变拍摄范围。变焦镜头的主要缺点是它的口径通常较小。机器人视觉与传感技术任务一：镜头五、特殊镜头微距镜头微距镜头是一种可以非常接近被摄体进行聚焦的镜头，微距镜头在感光元件上所形成的影像大小与被摄体自身的真实尺寸差不多相等。感光元件上的影像大小与真实被摄体大小的关系叫做复制比率。1:1的比率意味着影像跟实物大小一样，1:2的比率意味着影像是实物大小的一半。MACRO字样是微距镜头与其他镜头区分的标识。微距镜头对于拍摄微小物体很有价值，比如昆虫、花卉等。机器人视觉与传感技术任务一：镜头鱼眼镜头鱼眼镜头实际上是一种极端的广角镜头。通常是指焦距在16mm以下，视角接近或等于180°的镜头。鱼眼镜头的拍摄范围极大，能使景物的透视感得到极大的夸张。机器人视觉与传感技术任务一：镜头移轴镜头移轴镜头又称“透视调整镜头”，镜头的端面可以上下转动或侧向转动，通过对镜头主光轴进行横向或纵向调节来控制线性畸变。移轴镜头主要用于建筑摄影，它具有校正高大建筑物的垂直线向上收缩的功能。佳能标识为TS，尼康标识为PC。机器人视觉与传感技术任务一：镜头移轴摄影移轴摄影即移轴镜摄影（Tilt-shiftphotography），泛指利用移轴镜头创作的作品，所拍摄的照片效果就像是缩微模型一样，非常特别。移轴摄影将真实世界拍成像假的一样，使照片能够充分表现「人造都市」的感觉。移轴镜头的作用，除了纠正透视变形，还能调整焦平面位置。正常情况下，相机焦平面与感光平面平行，用大光圈拍摄