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2022-09-30 11:29:11 谈球吧(中国)官方网站
合适的镜头选择对于机器视觉能否发挥应有的作用是非常重要的✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴。镜头的选择过程❣❦❧♡۵，是将镜头各项参数逐步明确化的过程✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅。作为成像器件⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ，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㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉。
系统若想完全发挥其功能⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾，镜头必须要能够满足要求才行☈⊙☉℃℉❅。当为控制系统选择镜头的时候☈⊙☉℃℉❅，机器视觉集成商应该考虑四个主要因素：可以检测物体类别和特性;景深或者焦距;加载和检测距离;运行环境❣❦❧♡۵。
分析这四个因素ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ，可以针对具体应用确定合适的镜头选择☾☽❄☃。
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♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，成像过程中如果需要改变放大的倍率ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ，可以采用变焦镜头❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰，否则采用定焦镜头⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓。
关于镜头的工作波长⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤，常见的是可见光波段ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ，也有其他波段ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ。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⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ，应该先予以明确下来⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤。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㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂。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⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓。
景深是指由探测器移动引起的可以接受的模糊范围✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅。光学系统的性能取决于允许的图像模糊程度⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾，模糊可能源于物体平面或者图像平面的位置漂移❋❀⚘☑✓✔√☐☒✗✘ㄨ✕✖✖⋆✢✣。景深效果(DOF)是指由于物体移动导致的模糊⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓。DOF是完全在焦距范围内最大的物体深度❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰，它也是保持理想对焦状态下物体允许的移动量(从最佳焦距前后移动)ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ。当物体的放置位置比工作距离近或者远的时候ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ，它就位于焦外了①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯，这样解析度和对比度都会受到不好的影响ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ。出于这个原因ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ，DOF同指定的分辨率和对比度相配合㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉。当景深一定的情况下❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰，DOF可以通过缩小镜头孔径来变大ⓊⓋⓌⓍⓎⓏⓐⓑⓒⓓⓔⓕⓖⓗⓘⓙ，同时也需要光线增强☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；。
在很多情况下웃유ღ♋♂，比如说管道检测웃유ღ♋♂，可以使用变焦镜头获得较大的景深⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯。变焦镜头和缩放镜头很类似❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰，应用在需要经常变换焦距的场合✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴。这些镜头经常是电机驱动的웃유ღ♋♂，可以保证在对焦平面上平滑移动⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯。使用这样的镜头웃유ღ♋♂，整个管道ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ、每一个环节都可以扫描到㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦，通过调整焦距来发现每个缺陷⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ。然而✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅，同缩放镜头不同①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯，变焦镜头的工作距离也可以变化❋❀⚘☑✓✔√☐☒✗✘ㄨ✕✖✖⋆✢✣，可以根据需要进行重新定位☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；。
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⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾，再结合空间结构约束就能知道大概的物像距离⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ，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❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰。
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的畸变两项㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂。在测量应用中♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，尤其应该重视畸变웃유ღ♋♂。
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系统中✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥，最终的图像亮度是由很多因素共同决定：光圈ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ、相机增益☈⊙☉℃℉❅、积分时间✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴、光源等㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂。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ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ，则可以考虑成本和技术成熟度❋❀⚘☑✓✔√☐☒✗✘ㄨ✕✖✖⋆✢✣，进行权衡择优选取㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂。
例如ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ，要给硬币检测成像系统选配镜头⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯，约束条件：相机CCD2/3in♀☿☼☀☁☂☄，像素尺寸4.65μm,C口✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅。工作距离大于200mm㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉，系统分辨率0.05mm①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯。光源采用白色LED光源⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯。
基本分析如下：
①与白色LED光源配合使用的❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰，镜头应该是可见光波段⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓。没有变焦要求❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰，选择定焦镜头就可以了✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴。
②用于工业检测✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴，其中带有测量功能ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ，所以♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，所选镜头的畸变要求小❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰。
③工作距离和焦距⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ。
成像的放大率PMAG=4.65/(0.05x100)=0.093;
焦距f'=LxM/(M+1)=200x0.093/1.093=17mm;
物距要求小于200mm☈⊙☉℃℉❅，则选择的镜头要求焦距应该大于17mm❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰。
④选择镜头的像面应该不小于CCD尺寸⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ，即至少2/3in❣❦❧♡۵。
⑤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✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥，定焦웃유ღ♋♂，可见光波段⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓，C口☾☽❄☃，至少能配合2/3inCCD使用❣❦❧♡۵，而且成像畸变要小㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉。按照这些要求㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦，可以进一步挑选ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ，如果多款镜头都能符合这些要求ⓊⓋⓌⓍⓎⓏⓐⓑⓒⓓⓔⓕⓖⓗⓘⓙ，可以择优选用①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯。
