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机器视觉之镜头基础知识

来源:镜头 时间:2024/12/12
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在机器视觉系统中,镜头的主要作用是将目标成像在图像传感器的光敏面上。镜头的质量直接影响到机器视觉系统的整体性能,合理地选择和安装镜头,是机器视觉系统设计的重要环节。

机器视觉镜头

镜头的作用

如果没有镜头,Sensor接收到的是任意方向照射、反射的光,呈现一幅杂乱的图像。由于镜头的存在,才能让我们把想要的影像清晰地拍摄下来。工业镜头由透镜组、光圈与焦距调节机构,固定零件、连接机构组成,其主要功能是辅助成像,控制成像系统的工作距离、视野大小、分辨率等重要参数。

焦距

工业镜头里的透镜组,是其核心部分。当平行光在射入透镜时,光线会聚到一点后,再以锥形扩散,而会聚的点就是焦点,焦点到光心的距离就是焦距。在工业镜头的透镜组中,像方平面到焦点的距离就是焦距。焦距的大小决定了相机的成像大小,当对同一距离的被测物进行拍摄时,镜头的焦距越长,其所呈现的图像越大,反之亦然。

光圈

光圈是镜头中改变中空大小的机械装置,其作用是控制镜头的通光量通。常用光圈系数来描述其大小,计算公式为:

光圈系数一般以根号2倍递增,其数值越小,光圈的孔径越大,通光量也越多,其在图像上呈现的亮度也会越高。常用的基数为:在同一单位时间内,上一级的通光面积是下一级的两倍。

景深

拍摄时不调整焦距、光圈的情况下,有一段可让被测物清晰成像的空间深度,即为景深。被测物从前景深到后景深移动的时候,在其他参数不变情况下,图像全程能够保持清晰,这段距离就叫景深。

其主要影响因素有以下几点:1.光圈越大,景深越小,光圈越小,景深越大;2.镜头焦距越长,景深越小,焦距越短,景深越大;3.拍摄距离越远,景深越大,距离越近,景深越小。

视场

视场(FOV),镜头能够观测到实际范围。视场角,以被测物图像可通过镜头最大范围的两条边缘构成的夹角。通常当焦距一定时,视场角越大,视野就越大,当视野与工作距离一定时,焦距越长,视场角越小。

分辨率

光学系统对被测物最小的可分辨特征尺寸,能够分辨的细节越细,分辨率越高,也可以说精度越高,实际应用中,镜头的分辨率要高于相机的分辨率。

放大倍率、光学畸变

由于镜头在不同视场中放大倍率不一样,使得图像对于物体失去了相似性,这种形变缺陷成为光学畸变,畸变并不影响其分辨率。常见的畸变有:

镜头分类

按功能:定焦镜头、变焦镜头、变光圈镜头等;

按用途:远心镜头、FA镜头、线扫镜头、微距镜头等;

按视角:普通镜头、广角镜头、长焦镜头等。

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