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镜头结构原理及选择方法简介

一个典型的机器视觉系统包括相机、镜头、光源、图像采集卡等组件,镜头在系统中有着非常重要的地位。下面简要介绍一下镜头的结构、选择方法及相关参数间的关系,可以帮助用户了解镜头的基本性能,以便在现场应用中获取最优的产品性能。

 

1、镜头结构

    相机镜头由多个透镜、可变(亮度)光圈和对焦环组成。如下图所示,在使用时由操作者观察相机显示屏来调整可变光圈和焦点,以确保图像的明亮程度及清晰度(有些镜头有固定调节系统)。

    在选择镜头时需要考虑多个方面的因素,如视场、焦距、焦点及失真等。在实际应用中“选择与视场相符的透镜”及“以大景深聚焦图像”是选择镜头时非常重要的两个方面。

 

2、镜头的焦距和视场

    焦距是透镜的规格之一。一般适合工厂自动化的透镜的焦距为8mm/16mm/25mm/50mm。

通过目标物所需视场及透镜的焦距,可确定工作距离(WD)。

  

 

    工作距离和视场大小由焦距和CCD大小来决定。在不使用近摄环的情况下,可套用以下比例表达式获得:

工作距离:视角 = 焦距:CCD大小 

   例1: 假设焦距为16mm,CCD大小为3.6mm,则工作距离应为200mm,这样才能使视场等于45mm。如下图所示:

 

3、镜头的景深和光圈  

    镜头对着某一物体聚焦清晰时,在镜头中心所对的位置垂直镜头轴线的同一平面的点都可以在胶片或者接收器上相当清晰的结像,在这个平面沿着镜头轴线的前面和后面一定范围的点也可以结成眼睛可以接受的较清晰的像点,把这个平面的前面和后面的所有景物的距离叫做景深。要获得清晰的图像通常在透镜可聚焦物体的范围内变动,以大景深聚焦图像。焦距越短,景深越大;镜头离物体的距离越远,景深越大;近摄环和微距镜使景深变小;光圈越小,景深越大,小光圈和良好的光线使聚焦更简单。

    如下图所示:相机已安装在如图所示的位置,斜面上放有表示高度的卷尺,在该情况下拍摄照片以比较光圈。

 

光圈关闭时                                   光圈打开时