內(nèi)容提要

1.鏡頭定義：介紹光學(xué)鏡頭的定義2.鏡頭分類：從球面鏡到非球面鏡，從定焦到變焦，從短焦到長(zhǎng)焦，盡可能 多的闡述鏡頭種類3.鏡頭參數(shù)：以Computar鏡頭為例，實(shí)例分析鏡頭參數(shù)4.鏡頭成像影響因子：分析影響鏡頭成像各種工藝誤差5.工業(yè)鏡頭常見種類：羅列幾種常用的工業(yè)鏡頭6.鏡頭選型因素：介紹影響鏡頭選型的考慮因素

1.鏡頭定義

用以生成影響的光學(xué)部件即是鏡頭。在機(jī)器視覺中，鏡頭一般由多片透鏡組成，直接影響成像質(zhì)量的優(yōu)劣。

2.鏡頭分類

按照外形功能：球面鏡頭、非球面鏡頭、針孔鏡頭、魚眼鏡頭

按照焦距：短焦鏡頭、中焦鏡頭、長(zhǎng)焦鏡頭

按照視場(chǎng)大小：廣角鏡頭、標(biāo)準(zhǔn)鏡頭、遠(yuǎn)攝鏡頭

按照結(jié)構(gòu)：固定光圈定焦鏡頭、手動(dòng)光圈定焦鏡頭、自動(dòng)光圈定焦鏡頭、手動(dòng)變焦鏡頭、自動(dòng)變焦鏡頭、啟動(dòng)光圈電動(dòng)變焦鏡頭、電動(dòng)三可變（光圈、焦距、聚焦）鏡頭

下面會(huì)依次介紹這些種類鏡頭。

球面鏡頭

反射面為球面

鏡頭的鏡片為球面

成本低

像差大，成像質(zhì)量一般

非球面鏡

折射面不是球面

減少鏡片像差

一般鏡片組會(huì)有一、兩片非球面鏡

針孔鏡頭

鏡頭針頭大小

攝像組件硬幣大小

魚眼鏡頭

焦距極短

視角接近180°

固定光圈定焦鏡頭

光圈固定不可調(diào)

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜

安防行業(yè)

手動(dòng)光圈定焦鏡頭

光圈范圍F1.2-F3.5不等

光圈可手動(dòng)，對(duì)焦也可手動(dòng)

CCTV鏡頭

自動(dòng)光圈定焦鏡頭

光圈外環(huán)增加齒輪嚙合傳動(dòng)的微型電機(jī)

手動(dòng)光圈變焦鏡頭

焦距可變

焦距調(diào)整環(huán)

手動(dòng)變焦

自動(dòng)變焦

自動(dòng)光圈電動(dòng)變焦鏡頭

微型電機(jī)與鏡頭的變焦環(huán)配合

電動(dòng)三可變鏡頭

光圈可電動(dòng)改變

焦距可電動(dòng)改變

對(duì)焦可電動(dòng)改變

電影攝像機(jī)

長(zhǎng)焦鏡頭

拍攝距離遠(yuǎn)

景深小

135mm-500mm

500mm以上超長(zhǎng)焦距

標(biāo)準(zhǔn)鏡頭

視角約50°

35mm

微距鏡頭

工作距離非常短

微距接圈可使工作距離變短

廣角鏡頭

視角90°以上

折射式望遠(yuǎn)鏡

焦距非常長(zhǎng)

長(zhǎng)達(dá)幾米

太空探測(cè)

反射式望遠(yuǎn)鏡

反射鏡面

太空望遠(yuǎn)鏡

3.鏡頭參數(shù)

主要鏡頭參數(shù)如下

焦距f —從透鏡中心到光聚集之焦點(diǎn)的距離；

畸變 —光學(xué)透鏡的透視失真；

景深DOF —指在被攝物體聚焦清楚后，在物體前后一定距離內(nèi)，其影像仍然清晰的范圍；

光圈系數(shù)F —鏡頭焦距/通光孔徑，即光通量；

視場(chǎng)FOV —鏡頭能夠觀察到的實(shí)際范圍的大小；

分辨率 —代表鏡頭記錄物體細(xì)節(jié)的成像能力；

工作距離WD —從鏡頭到被檢測(cè)物體的距離；

最大兼容芯片尺寸 —鏡頭能支持的最大清晰成像的范圍；

光學(xué)放大倍率β —相機(jī)芯片尺寸/視場(chǎng)尺寸；

鏡頭接口 —C口和CS口，C口鏡頭加5mm延長(zhǎng)管可用于CS口相機(jī)；

支持芯片尺寸 —2/3’,1/2’等支持相機(jī)尺寸，鏡頭支持尺寸需大于等于配套相機(jī) 尺寸。

zui

實(shí)例分析鏡頭參數(shù)，以Computar鏡頭為例。

左列參數(shù)：

鏡頭型號(hào)：M2514—MP2 焦距25，光圈1.4 百兆鏡頭

相機(jī)實(shí)物圖片

相機(jī)尺寸：長(zhǎng)、直徑等

中間參數(shù)：

焦距：25mm

最大光圈（F數(shù)）：1.4-16

最大圖像格式（最大傳感器尺寸）：8.8mm*6.6mm（φ11mm），2/3‘’

工作范圍：光圈 F1.8-F16.0 對(duì)焦：0.15mm-無窮遠(yuǎn)

控制：光圈手動(dòng)，對(duì)焦手動(dòng)

目標(biāo)尺寸：10.6cm（H）*7.6cm（V），2/3‘’

視場(chǎng)角：2/3‘’，直徑_24.9°，水平_20.0°, 垂直_15.1°

1/2‘’，直徑_18.2°，水平_14.6°, 垂直_11.0°

工作溫度：-10°–50°

畸變：2/3‘’，-0.3%（y=5.5），1/2‘’，-0.1%（y=4.0）

后焦距：13.1mm，是指厚透鏡最后一個(gè)光學(xué)表面到后焦平面的距離

法蘭焦距：17.526，鏡頭與相機(jī)連接的表面到成像靶面的距離

接口：C口

濾光片尺寸：M30.5 P=0.5mm 指鏡頭前端添加濾光片的尺寸

尺寸：33.5mm*36.0mm

重量：71g

右列參數(shù)：

工作距離 光學(xué)倍率 接圈 不同芯片下的視野范圍

描述不同工作距離與鏡頭放大率、不同芯片下的視野范圍的關(guān)系。

從數(shù)據(jù)上看，工作距離越小，光學(xué)放大倍率先增大后減小，視場(chǎng)越來越小，且芯片尺寸約大，視場(chǎng)越大。

倆個(gè)有關(guān)鏡頭參數(shù)的重要關(guān)系：

光圈越小，景深越大

2.工作距離越大，失真越小

4.鏡頭成像影響因子

像差，實(shí)際工作中光學(xué)系統(tǒng)所成的像與近軸光學(xué)（高斯光學(xué)，理想光學(xué)），有一定偏離，這個(gè)偏離稱為像差。

像差有球面像差、彗形像差、像散、場(chǎng)曲、畸變以及波長(zhǎng)引起的色散。

球差：焦點(diǎn)不能以點(diǎn)的方式集中于光軸

慧差：焦平面所得到的像稱慧尾形狀的亮斑

像散：成像不清晰、

場(chǎng)曲：在一個(gè)平坦的像平面上，影響的清晰度從中央像外發(fā)生變化，聚焦形成 弧形。

畸變：物體上的志向經(jīng)過透鏡成像后變成彎曲的現(xiàn)象。鏡頭邊緣的放大率大于中間放大率，枕型畸變，鏡頭邊緣的放大率小于中間放大率，桶型畸變。

色差：投射材料折射率隨波長(zhǎng)變化，物體點(diǎn)發(fā)出不同的波長(zhǎng)光線時(shí)，經(jīng)過光學(xué) 系統(tǒng)不會(huì)聚在一點(diǎn)，形成有色的彌散斑。

5.工業(yè)鏡頭常見種類

CCTV鏡頭

機(jī)器視覺常用的普通鏡頭

定焦

手動(dòng)可調(diào)光圈

手動(dòng)對(duì)焦

遠(yuǎn)心鏡頭

極低畸變

大景深

放大倍率不變

解析度高

物方遠(yuǎn)心鏡頭：消除物方由于調(diào)教不準(zhǔn)確帶來的讀數(shù)誤差

物距發(fā)生改變，測(cè)得物體尺寸不變

像方遠(yuǎn)心鏡頭：消除像方調(diào)焦不準(zhǔn)引入的測(cè)量誤差

CCD芯片安裝位置有改變，CCD成像大小不變

雙側(cè)遠(yuǎn)心鏡頭：兼顧優(yōu)點(diǎn)，視覺測(cè)量

顯微鏡頭

更高放大倍數(shù)

線陣鏡頭

F口

搭配線陣相機(jī)

變焦鏡頭

不同位面的目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)

定焦鏡頭+絲杠類似于變焦

6.鏡頭選型因素

視野FOV：拍攝目標(biāo)的大小

工作距離WD：鏡頭到目標(biāo)的距離

鏡頭接口：C、CS等

鏡頭分辨率：鏡頭分辨率需要比相機(jī)大。在實(shí)際應(yīng)用中，百萬像素也可以勝任500萬相機(jī)

景深：目標(biāo)可清晰成像的范圍

畸變：高精度尺寸測(cè)量時(shí)需要注意

視場(chǎng)、工作距離、傳感器決定鏡頭的焦距

其他參數(shù)決定鏡頭的品質(zhì)，包括遠(yuǎn)心、顯微、低畸變、高分辨率等

鏡頭參數(shù)間相互關(guān)系：

焦距大小影響情況：

焦距越小，景深越大；焦距越大，畸變?cè)叫?#xff1b;

光圈大小影響情況：

光圈越大，圖像亮度越高；

光圈越大，景深越小；

最大光圈越大，分辨率越高；

光圈越大，畸變?cè)絿?yán)重；

成像中央與邊緣情況：

成像中央分辨率、光強(qiáng)、畸變都要比邊緣高

光波長(zhǎng)的影響情況：

波長(zhǎng)越短，圖像分辨率越高

單色光干擾小

高精度測(cè)量需采用短波長(zhǎng)單色光照明

關(guān)注公眾號(hào)：機(jī)器視覺那些事兒

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的精华总结|机器视觉硬件之镜头的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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