工业镜头相关入门知识

　　1、镜头的分类

　　镜头种类繁多，已经发展成一个庞大的体系，以适应各种场合条件下的应用。对镜头的划分也可以从不同的角度来进行：

　　a、按工作波长分：紫外、可见光、近红外、红外，按照应用还有X-ray镜头之分

　　b、变焦与否：定焦、变焦

　　c、工作距离：望远物镜(物距很大)、普通摄影镜头(物距适中)、显微镜头(物距很小)

　　其它类别则有：

　　线阵镜头：配合线阵相机使用的镜头。采用扫描式的工作方式，需要镜头与目标相对运动，每次曝光成像一条线，多次曝光组成一幅图像;线阵扫描成像的特点：CCD线阵方向的图像分辨率固定，而在目标的运动方向上，空间采样频率与运动的相对速度有关;从成像的角度讲，线阵镜头和其它类型的镜头并没有本质的差异，只是对镜头的使用方式不同而已。

　　显微镜头：为了看清目标的细节特征，显微镜头一般使用在高分辨率的场合。它们基本的特点是工作距离短，放大倍率高，视场小。

　　2、如何选择镜头

　　镜头的选择过程，是将镜头各项参数逐步明确化的过程。作为成像器件，镜头通常与光源、相机一起构成一个完整的图像采集系统，因此镜头的选择受到整个系统要求的制约。一般地可以按以下几个方面来进行分析考虑。

　　1)波长、变焦与否

　　镜头的工作波长和是否需要变焦是比较容易先确定下来的，成像过程中需要改变放大倍率的应用，采用变焦镜头，否则采用定焦镜头就可以了。

　　关于镜头的工作波长，常见的是可见光波段，也有其他波段的应用。是否需要另外采取滤光措施?单色光还是多色光?能否有效避开杂散光的影响?把这几个问题考虑清楚，综合衡量后再确定镜头的工作波长。

　　2)特殊要求优先考虑

　　结合实际的应用特点，可能会有特殊的要求，应该先予明确下来。例如是否有测量功能，是否需要使用远心镜头，成像的景深是否很大等等。景深往往不被重视，但是它却是任何成像系统都必须考虑的。

　　3)工作距离、焦距

　　工作距离和焦距往往结合起来考虑。一般地，可以采用这个思路：先明确系统的分辨率，结合CCD像素尺寸就能知道放大倍率，再结合空间结构约束就能知道大概的物像距离，进一步估算镜头的焦距。所以镜头的焦距是和镜头的工作距离、系统分辨率(及CCD像素尺寸)相关的。

　　4)像面大小和像质

　　所选镜头的像面大小要与相机感光面大小兼容，遵循“大的兼容小的”原则——相机感光面不能超出镜头标示的像面尺寸——否则边缘视场的像质不保。

　　像质的要求主要关注MTF和畸变两项。在测量应用中，尤其应该重视畸变。

　　5)光圈和接口

　　镜头的光圈主要影响像面的亮度。但是现在的机器视觉中，最终的图像亮度是由很多因素共同决定的：光圈、相机增益、积分时间、光源等等。所以为了获得必要的图像亮度有比较多的环节供调整。

　　镜头的接口指它与相机的连接接口，它们两者需匹配，不能直接匹配就需考虑转接。

　　6)成本和技术成熟度

　　如果以上因素考虑完之后有多项方案都能满足要求，则可以考虑成本和技术成熟度，进行权衡择优选取。

　　例如，要给硬币检测成像系统选配镜头，约束条件：相机CCD 2/3英寸，像素尺寸4.65μm，C接口。工作距离大于200mm，系统分辨率0.05mm。光源采用白色LED光源。

　　基本分析如下：

　　与白色LED光源配合使用的，镜头应该是可见光波段。没有变焦要求，选择定焦镜头就可以了;

　　用于工业检测，其中带有测量功能，所以所选镜头的畸变要求小;

　　工作距离和焦距;

　　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，则选择的镜头要求焦距应该大于17mm。

　　选择镜头的像面应该不小于CCD尺寸，即至少2/3 英寸;

　　镜头的接口要求是C口，能配合相机使用。光圈暂无要求。

　　从以上几方面的分析计算可以初步得出这个镜头的“轮廓”：焦距大于17mm，定焦，可见光波段，C接口，至少能配合2/3英寸CCD使用，而且成像畸变要小。按照这些要求，可以进一步的挑选，如果多款镜头都能符合这些要求，可以择优选用。