机器视觉系统的开发-镜头的选择.docVIP

3工业相机镜头的参数与选型 3.1镜头主要参数???? 1.焦距（Focal?Length）??? 焦距是从镜头的中心点到胶平面上所形成的清晰影像之间的距离。焦距的大小决定着视角的大小，焦距数值小，视角大，所观察的范围也大；焦距数值大，视角小，观察范围小。根据焦距能否调节，可分为定焦镜头和变焦镜头两大类。??? 2.光圈(Iris)??? 用F表示，以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。每个镜头上都标有最大F值，例如?8mm?/F1.4代表最大孔径为?5.7毫米?。F值越小，光圈越大，F值越大，光圈越小。? 3.对应最大CCD尺寸(Sensor?Size)??? 镜头成像直径可覆盖的最大CCD芯片尺寸。主要有：1/2″、2/3″、1″和1″以上。??? 4.接口(Mount)??? 镜头与相机的连接方式。常用的包括C、CS、F、V、T2、Leica、M42x1、M75x0.75等。 5.景深(Depth?of?Field,DOF)??? 景深是指在被摄物体聚焦清楚后，在物体前后一定距离内，其影像仍然清晰的范围。景深随镜头的光圈值、焦距、拍摄距离而变化。光圈越大，景深越小；光圈越小、景深越大。焦距越长，景深越小；焦距越短，景深越大。距离拍摄体越近时，景深越小；距离拍摄体越远时，景深越大。 6.分辨率(Resolution)??? 分辨率代表镜头记录物体细节的能力，以每毫米里面能够分辨黑白对线的数量为计量单位：“线对/毫米”（lp/mm）。分辨率越高的镜头成像越清晰。 有一个2百万像素摄像机，像素数为1600×1200=1920000，感光面尺寸是?1/2吋。我们知道1/2吋的感光面它水平尺寸是6.4mm、垂直尺寸是4.8mm，它的水平像素密度是1600/6.4=250?pixel/mm，垂直像素密度是1200/4.8=250?pixel/mm，感光像元尺寸是4um×4um。水平像素密度和垂直像素密度一样，像素是正方形的，如果像素不是正方形的镜头分辨率应参考像素密度高的。在这里水平像素密度和垂直像素密度都是250?pixel/mm，所以镜头分辨率应选125?lp/mm。? 如果一个2百万像素摄像机感光面尺寸是?1/3吋，1/3吋的感光面它水平尺寸是4.8mm，垂直尺寸是3.6mm，它的水平像素密度是1600/4.8=333.3?pixel/mm，垂直像素密度是1200/3.6=333.3?pixel/mm，所以镜头分辨率应选167?lp/mm。? 通过上面例子我们还看到，一个标为1/2吋的2百万像素镜头不适合于1/3吋的2百万像素感光面，这一点要有所区别和重视。1/2吋的2百万像素镜头分辨率是125?lp/mm，去用于1/3吋的4.8mm×3.6mm感光像面，在水平方向有125×4.8=600线对，对应了1200像元，在垂直方向有125×3.6=450线对，对应了900像元。1200×900=1080000差不多是一百十万像素。所有把一个标为1/2吋的2百万像素镜头用于1/3吋的感光面时只能适合一百万像素的感光面，或者说只能当1百万像素镜头用。所以光讲百万像素镜头，不讲适用感光元件的尺寸可能信息并不完全，因此对镜头分辨率的描述还是lp/mm比较准确。? 有时摄像机的指标会给出感光像元的尺寸L（mm），那么所对应镜头分辨率的黑白线宽应该都是L（mm），所以黑白两条线对应的一条线对的宽度是2L?(mm)，那么其倒数1/(2L)（lp/mm）就是镜头的分辨率。比如一个摄像机标出感光元的尺寸是4um,那么所选镜头的极限分辨率线宽（白线或黑线）也应该是4um?,一对黑线白线的宽度2×0.004?mm，镜头的分辨率就是1/（2×0.004）=125?lp/mm。 7、工作距离(Working?distance,WD)???镜头第一个工作面到被测物体的距离。 8、视野范围(Field?of?View,FOV)????相机实际拍到区域的尺寸。??? 9、光学放大倍数(Magnification,?)????CCD/FOV，即芯片尺寸除以视野范围。?? 10、数值孔径(Numerical?Aperture,NA)???? 数值孔径等于由物体与物镜间媒质的折射率n与物镜孔径角的一半（a\2）的正弦值的乘积，计算公式为N.A=n*sin?a/2。数值孔径与其它光学参数有着密切的关系，它与分辨率成正比，与放大率成正比。也就是说数值孔径，直接决定了镜头分辨率，数值孔径越大，分辨率越高，否则反之。? 11、后背焦(Flange?distance)???? 准确来说，后倍焦是相机的一个参数，指相机接口平面到芯片的距离。但在线扫描镜头或者大面阵相机的镜头选型时，后倍焦是一个非常重要的参数，因为它直接影响镜头的配置。不同厂家的相机，哪怕接口一样也可能有不同的后倍焦