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Accexp機(jī)器視覺檢測方案基礎(chǔ)知識(shí)之鏡頭篇
2017-02-09
一，什么是鏡頭？
通俗點(diǎn)講就是在其一端搜集物體的光線，并將光線在另一端會(huì)聚為實(shí)像，并投影到接納面的物體。此時(shí)，聚集光線的點(diǎn)稱為焦點(diǎn)，鏡頭中心到焦點(diǎn)的間隔稱為焦點(diǎn)間隔。當(dāng)鏡頭為凸鏡時(shí)，焦點(diǎn)間隔將依據(jù)鏡頭的厚度（收縮）水平不同而各不相反。收縮水平越大焦點(diǎn)間隔越短。
二，鏡頭的重要參數(shù)。
二，鏡頭的重要參數(shù)。
玩攝影的朋友都曉得，鏡頭幾個(gè)根本的參數(shù)包括焦距（長焦，廣角，變焦范圍），F(xiàn)值（表征透光率）等。而工業(yè)用鏡頭與之相比，更關(guān)注以下幾個(gè)參數(shù)：
1，WD（Work Distance任務(wù)間隔）
表示焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)拍攝對(duì)象時(shí)，鏡頭頂端到拍攝對(duì)象的間隔。也稱為作動(dòng)間隔。當(dāng)為 CCD 時(shí)，比例公式任務(wù)間隔：視野＝焦點(diǎn)間隔：CCD 尺寸成立。
2，焦點(diǎn)間隔（焦距）
▼FA(Factory Automation) 鏡頭中有代表性的鏡頭為焦點(diǎn)間隔為 8 mm /16 mm /25 mm /50 mm等規(guī)格的鏡頭。依據(jù)想要拍攝的拍攝對(duì)象所需的視野和焦點(diǎn)間隔，可以求出對(duì)焦地位＝ WD （任務(wù)間隔）。
WD 和視野的大小由鏡頭的焦點(diǎn)間隔和 CCD 的尺寸來決議。例如：焦點(diǎn)間隔為 16 mm 鏡頭、CCD 尺寸 3.6 mm時(shí)，假如想把視野設(shè)為 45 mm，則 WD 變?yōu)?200 mm。
WD 和視野的大小由鏡頭的焦點(diǎn)間隔和 CCD 的尺寸來決議。例如：焦點(diǎn)間隔為 16 mm 鏡頭、CCD 尺寸 3.6 mm時(shí)，假如想把視野設(shè)為 45 mm，則 WD 變?yōu)?200 mm。
3，視野
▼任務(wù)間隔范圍中的拍攝范圍。普通來說，拍攝對(duì)象和鏡頭的任務(wù)間隔越長，則視野越廣（視野角）。另外，視野的廣度由鏡頭的焦點(diǎn)間隔來決議。我們將絕對(duì)于視野，運(yùn)用鏡頭可以拍攝的范圍的角度稱為視角或許視野角。鏡頭的焦點(diǎn)間隔越短，則視角越大，視野也就越廣。相反，焦點(diǎn)間隔越長，則可以縮小遠(yuǎn)處的拍攝對(duì)象。
4，景深
是指使人覺得鏡頭對(duì)焦的深度范圍（拍攝物體側(cè)的間隔）。范圍較大時(shí)，稱為「景深深」，相反范圍較小時(shí)稱為「景深淺」。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膩碚f，對(duì)焦地位只要一個(gè)，只不過肉眼在一定的范圍內(nèi)覺得圖像可以明晰成像。我們將此范圍稱為景深。
▼如下圖所示，我們在拍攝斜面上粘貼表示高度的膠帶的這個(gè)對(duì)象時(shí)，針對(duì)調(diào)大光圈的狀況和調(diào)小光圈的狀況停止比擬。
最終的景深需求實(shí)測才干曉得。由于除了鏡頭自身的構(gòu)造外，影響景深的要素還有很多。
1，鏡頭自身。
2，光圈越小，景深越大。
3，照明越亮，景深越大。（快門速度越慢，景深越大）
4，焦距越小，景深越大。
5，WD任務(wù)間隔越大，景深越大。
6，CCD的單個(gè)像素直徑越大，景深越大。
5，鏡頭的分辨率
鏡頭的分辨率不光運(yùn)用在圖像處置中，它是指一切光學(xué)測量儀器中運(yùn)用的鏡頭可以察看的最小距離。如分辨率為 10 μm 的鏡頭，可以明晰的察看線寬為 10 μm、間距為 10 μm 并列條紋線。分辨率缺乏時(shí)，人們覺得 2 根線仿佛堆疊在一同。這時(shí)分，需求更高分辨率的鏡頭。
6，鏡頭的倍率
所謂倍率，是指檢測對(duì)象的實(shí)踐大小與經(jīng)過光學(xué)測量儀器成像大小的比率。以往在經(jīng)過顯微鏡的接眼部察看時(shí)，我們運(yùn)用光學(xué)倍率這一概念，但是近年因由于可以將觀測對(duì)象物顯示在液晶顯示器上的零碎不時(shí)增多，顯示器倍率這一概念也曾經(jīng)普及。
【光學(xué)倍率】
用數(shù)碼相機(jī)的原理思索時(shí)，光學(xué)倍率可以經(jīng)過「CCD 無效像素大小 ÷ 視野」來求得。
【顯示器倍率】
顯示器倍率可以經(jīng)過「顯示器對(duì)角 ÷ CCD 素子對(duì)角 × 光學(xué)倍率」來求得。
7，F(xiàn)值
F 值（或許光圈值）是指表示鏡頭的亮堂度的基準(zhǔn)。精確的來說，就是鏡頭的焦點(diǎn)間隔除以鏡頭直徑（口徑）失掉的值。F 值的「F」來源于 focal （焦點(diǎn)的）這個(gè)詞。
現(xiàn)實(shí)上，鏡頭并不會(huì)讓一切光線都透過，其中的一局部會(huì)反射。而且，為了增加像差運(yùn)用多個(gè)鏡頭時(shí)，透過的光量會(huì)變少。
因而，光的透過量較多，可以取得亮堂成像的鏡頭我們稱為「亮」，相反光的透過量較鏡頭則稱為「暗」?？梢源蟠笥绊戠R頭的明暗的要素之一，就是鏡頭的焦點(diǎn)間隔和直徑的關(guān)系，也即 F 值，這個(gè)值較小的鏡頭稱為「亮鏡頭」，較大的鏡頭稱為「暗鏡頭」。普通的小型相機(jī)都會(huì)在鏡頭旁刻上「F = 2.5」「1:2.5」的標(biāo)志，這就表示 F 值為 2.5。
在相機(jī)鏡頭的功能上，假如 F 值到達(dá) 2.0 左右，則表示這個(gè)相機(jī)的亮堂等級(jí)十分高。
8，歪曲像差（失真）
▼歪曲像差（失真）表示經(jīng)過鏡頭成像的圖像發(fā)作歪曲的形態(tài)。現(xiàn)實(shí)上不存在外形完滿的鏡頭。因而，雖然從實(shí)際下去說，直射光經(jīng)過鏡頭后會(huì)沿著直線傳達(dá)，而實(shí)踐上光經(jīng)過鏡頭后會(huì)向外側(cè)或許內(nèi)側(cè)歪曲。前者稱為「桶形失真」，后者稱為「枕形失真」。一個(gè)鏡失真的參數(shù)以百分比表示。
三，遠(yuǎn)心鏡頭
大家都有這種印象，一個(gè)物體在人眼看來，會(huì)有近大遠(yuǎn)小的景象。這是由于物體近的時(shí)分，在視網(wǎng)膜上投影大，小的時(shí)分，投影小。鏡頭也是一樣，由于近大遠(yuǎn)小的緣由，會(huì)發(fā)生誤差。特別是在做尺寸測量的時(shí)分，就尤其關(guān)鍵。
對(duì)于有厚度測產(chǎn)品，也會(huì)照出截面的效果。
三，遠(yuǎn)心鏡頭
大家都有這種印象，一個(gè)物體在人眼看來，會(huì)有近大遠(yuǎn)小的景象。這是由于物體近的時(shí)分，在視網(wǎng)膜上投影大，小的時(shí)分，投影小。鏡頭也是一樣，由于近大遠(yuǎn)小的緣由，會(huì)發(fā)生誤差。特別是在做尺寸測量的時(shí)分，就尤其關(guān)鍵。
為了解決這個(gè)問題，就產(chǎn)生了遠(yuǎn)心鏡頭。簡單講就是不會(huì)因?yàn)閃D工作距離的遠(yuǎn)近而在投影端產(chǎn)生大小變化的的鏡頭。
對(duì)于有厚度測產(chǎn)品，也會(huì)照出截面的效果。
遠(yuǎn)心鏡頭次要使用于精細(xì)測量。在精細(xì)光學(xué)測量零碎中，由于普通光學(xué)鏡頭會(huì)存在一定的制約要素，如影像的變形、視角選擇而形成的誤差、不適當(dāng)光源攪擾下形成邊界的不確定性等成績，進(jìn)而影響測量的精度。而遠(yuǎn)心鏡頭（Telecentric鏡頭）能無效降低甚至消弭上述成績，因而Telecentric鏡頭曾經(jīng)成為精細(xì)光學(xué)量測零碎決議性的組件，其使用范疇也越來越普遍。
遠(yuǎn)心鏡頭和普通鏡頭的復(fù)雜比照如下：
普通鏡頭優(yōu)點(diǎn)：本錢低，適用，用處廣。
普通鏡頭缺陷：縮小倍率會(huì)有變化，有視差。
普通鏡頭使用：大物體成像。
遠(yuǎn)心鏡頭的優(yōu)點(diǎn)：縮小倍數(shù)恒定，不隨景深變化而變化，無視差。
遠(yuǎn)心鏡頭的缺陷：本錢高，尺寸大，分量重。
遠(yuǎn)心鏡頭的使用：度量衡方面，基于CCD方面的測量，微晶學(xué)
如果大家對(duì)以上內(nèi)容有興趣，需要更多方面的資料和技術(shù)溝通的話，歡迎致電長沙艾克賽普儀器設(shè)備有限公司0731-84284278與我們資深視覺工程師聯(lián)系。
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