技術(shù)頻道

      關(guān)于工業(yè)鏡頭(FA鏡頭)知識(shí)的簡(jiǎn)介

        一、工業(yè)鏡頭的分類(lèi)

        工業(yè)鏡頭種類(lèi)繁多,已經(jīng)發(fā)展成一個(gè)龐大的體系,以適應(yīng)各種場(chǎng)合條件下的應(yīng)用。對(duì)工業(yè)鏡頭的劃分也可以從不同的角度來(lái)進(jìn)行:

        a、按工作波長(zhǎng)分:紫外、可見(jiàn)光、近紅外、紅外,按照應(yīng)用還有X-ray鏡頭之分

        b、變焦與否:定焦、變焦

        c、工作距離:望遠(yuǎn)物鏡(物距很大)、普通攝影鏡頭(物距適中)、顯微鏡頭(物距很小)

        其它類(lèi)別則有:

        線陣鏡頭:配合線陣相機(jī)使用的工業(yè)鏡頭。采用掃描式的工作方式,需要工業(yè)鏡頭與目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng),每次曝光成像一條線,多次曝光組成一幅圖像;線陣掃描成像的特點(diǎn):CCD線陣方向的圖像分辨率固定,而在目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向上,空間采樣頻率與運(yùn)動(dòng)的相對(duì)速度有關(guān);從成像的角度講,線陣鏡頭和其它類(lèi)型的鏡頭并沒(méi)有本質(zhì)的差異,只是對(duì)工業(yè)鏡頭的使用方式不同而已。

        顯微鏡頭:為了看清目標(biāo)的細(xì)節(jié)特征,顯微鏡頭一般使用在高分辨率的場(chǎng)合。它們基本的特點(diǎn)是工作距離短,放大倍率高,視場(chǎng)小。

        二、如何選擇工業(yè)鏡頭

        工業(yè)鏡頭的選擇過(guò)程,是將工業(yè)鏡頭各項(xiàng)參數(shù)逐步明確化的過(guò)程。作為成像器件,工業(yè)鏡頭通常與光源、工業(yè)相機(jī)一起構(gòu)成一個(gè)完整的圖像采集系統(tǒng),因此工業(yè)鏡頭的選擇受到整個(gè)系統(tǒng)要求的制約。一般地可以按以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行分析考慮。

        a波長(zhǎng)、變焦與否

        工業(yè)鏡頭的工作波長(zhǎng)和是否需要變焦是比較容易先確定下來(lái)的,成像過(guò)程中需要改變放大倍率的應(yīng)用,采用變焦鏡頭,否則采用定焦鏡頭就可以了。

        關(guān)于工業(yè)鏡頭的工作波長(zhǎng),常見(jiàn)的是可見(jiàn)光波段,也有其他波段的應(yīng)用。是否需要另外采取濾光措施?單色光還是多色光?能否有效避開(kāi)雜散光的影響?把這幾個(gè)問(wèn)題考慮清楚,綜合衡量后再確定工業(yè)鏡頭的工作波長(zhǎng)。

        b特殊要求優(yōu)先考慮

        結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用特點(diǎn),可能會(huì)有特殊的要求,應(yīng)該先予明確下來(lái)。例如是否有測(cè)量功能,是否需要使用遠(yuǎn)心鏡頭,成像的景深是否很大等等。景深往往不被重視,但是它卻是任何成像系統(tǒng)都必須考慮的。

        c工作距離、焦距

        工作距離和焦距往往結(jié)合起來(lái)考慮。一般地,可以采用這個(gè)思路:先明確系統(tǒng)的分辨率,結(jié)合CCD像素尺寸就能知道放大倍率,再結(jié)合空間結(jié)構(gòu)約束就能知道大概的物像距離,進(jìn)一步估算工業(yè)鏡頭的焦距。所以工業(yè)鏡頭的焦距是和工業(yè)鏡頭的工作距離、系統(tǒng)分辨率(及CCD像素尺寸)相關(guān)的。

        d像面大小和像質(zhì)

        所選工業(yè)鏡頭的像面大小要與工業(yè)相機(jī)感光面大小兼容,遵循“大的兼容小的”原則——相機(jī)感光面不能超出工業(yè)鏡頭標(biāo)示的像面尺寸——否則邊緣視場(chǎng)的像質(zhì)不保。

        像質(zhì)的要求主要關(guān)注MTF和畸變兩項(xiàng)。在測(cè)量應(yīng)用中,尤其應(yīng)該重視畸變。

        e光圈和接口

        工業(yè)鏡頭的光圈主要影響像面的亮度。但是現(xiàn)在的機(jī)器視覺(jué)中,最終的圖像亮度是由很多因素共同決定的:光圈、相機(jī)增益、積分時(shí)間、光源等等。所以為了獲得必要的圖像亮度有比較多的環(huán)節(jié)供調(diào)整。

        工業(yè)鏡頭的接口指它與相機(jī)的連接接口,它們兩者需匹配,不能直接匹配就需考慮轉(zhuǎn)接。

        f成本和技術(shù)成熟度

        如果以上因素考慮完之后有多項(xiàng)方案都能滿(mǎn)足要求,則可以考慮成本和技術(shù)成熟度,進(jìn)行權(quán)衡擇優(yōu)選取。

        例如,要給硬幣檢測(cè)成像系統(tǒng)選配鏡頭,約束條件:相機(jī)CCD 2/3英寸,像素尺寸4.65μm,C接口。工作距離大于200mm,系統(tǒng)分辨率0.05mm。光源采用白色LED光源。

        基本分析如下:

        與白色LED光源配合使用的,鏡頭應(yīng)該是可見(jiàn)光波段。沒(méi)有變焦要求,選擇定焦鏡頭就可以了;

        用于工業(yè)檢測(cè),其中帶有測(cè)量功能,所以所選鏡頭的畸變要求小;

        工作距離和焦距;

        成像的放大率M=4.65/(0.05x1000)=0.093;

        焦距F=L*M/(M+1)=200*0.093/1.093=17mm;

        物距要求大于200mm,則選擇的鏡頭要求焦距應(yīng)該大于17mm。

        選擇鏡頭的像面應(yīng)該不小于CCD尺寸,即至少2/3 英寸;

        鏡頭的接口要求是C口,能配合相機(jī)使用。光圈暫無(wú)要求。

        從以上幾方面的分析計(jì)算可以初步得出這個(gè)鏡頭的“輪廓”:焦距大于17mm,定焦,可見(jiàn)光波段,C接口,至少能配合2/3英寸CCD使用,而且成像畸變要小。按照這些要求,可以進(jìn)一步的挑選,如果多款鏡頭都能符合這些要求,可以擇優(yōu)選用。

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