工業(yè)鏡頭作為機(jī)器視覺(jué)的重要部件，主要用于聚集光線并將被拍攝目標(biāo)的光學(xué)影像成在攝像機(jī)的CCD/CMOS傳感器表面上，讓攝像機(jī)能夠采集到清晰銳利的圖像。在整個(gè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中，鏡頭完成了被測(cè)物信息采集和傳遞，其品質(zhì)好壞直接影響被測(cè)物體信息的精準(zhǔn)度。相比普通鏡頭，遠(yuǎn)心鏡頭必須提供更小的光學(xué)畸變、足夠高的光學(xué)分辨率以及更豐富的光譜響應(yīng)選擇，來(lái)滿足不同場(chǎng)合視覺(jué)系統(tǒng)中的應(yīng)用需求。

一、特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

    1.遠(yuǎn)心鏡頭：

優(yōu)點(diǎn)：放大倍數(shù)恒定，不隨景深變化而變化；無(wú)視差。
缺點(diǎn)：成本高；尺寸大；重量重。
應(yīng)用：度量衡方面；基于CCD方面的測(cè)量；微晶學(xué)。

    2.普通鏡頭：

優(yōu)點(diǎn)：成本低；實(shí)用；用途廣。
缺點(diǎn)：放大倍率會(huì)有變化；有視差。
應(yīng)用：大物體成像。

    3.在用普通鏡頭進(jìn)行尺寸測(cè)量時(shí)，會(huì)存在著如下問(wèn)題：

（1）由于被測(cè)量物體不在同一個(gè)測(cè)量平面，而造成放大倍率的不同；
（2）鏡頭畸變大；
（3）視差，也就是當(dāng)物距變大時(shí)，對(duì)物體的放大倍數(shù)也改變；
（4）鏡頭的解析度不高；
（5）由于光源的幾何特性，而造成的圖像邊緣位置的不確定性。

         遠(yuǎn)心鏡頭可以有效的解決以上問(wèn)題，無(wú)論何處，在特定的工作距離，重新調(diào)焦后會(huì)有相同的放大倍率，因?yàn)檫h(yuǎn)心鏡頭的最大視場(chǎng)范圍直接與鏡頭的光欄接近程度有關(guān)，鏡頭尺寸越大，需要的視場(chǎng)就越大。遠(yuǎn)心測(cè)量鏡頭能提供優(yōu)越的影像質(zhì)素，畸變比傳統(tǒng)定焦鏡頭小，這種光學(xué)設(shè)計(jì)令影像面更對(duì)稱，可配合軟件進(jìn)行精密測(cè)量。

二、遠(yuǎn)心鏡頭分類：

         遠(yuǎn)心鏡頭有以下三種分類：

    1.物方遠(yuǎn)心鏡頭

         物方遠(yuǎn)心鏡頭是將孔徑光闌放置在光學(xué)系統(tǒng)的像方焦平面上，當(dāng)孔徑光闌放在像方焦平面上時(shí)，即使物距發(fā)生改變，像距也發(fā)生改變，但像高并沒(méi)有發(fā)生改變，即測(cè)得的物體尺寸不會(huì)變化。 物方遠(yuǎn)心鏡頭用于工業(yè)精密測(cè)量，畸變極小，高性能的可以達(dá)到無(wú)畸變。

         2.像方遠(yuǎn)心鏡頭

         像方遠(yuǎn)心鏡頭，通過(guò)在物方焦平面上放置孔徑光闌，使像方主光線平行于光軸，從而雖然CCD芯片的安裝位置有改變，在CCD芯片上投影成像大小不變。

         3.兩側(cè)遠(yuǎn)心鏡頭

         此鏡頭兼于上面兩種鏡頭的優(yōu)點(diǎn)。在工業(yè)圖像處理/機(jī)器視覺(jué)中，一般只使用物方遠(yuǎn)心鏡頭。偶爾也有使用兩側(cè)遠(yuǎn)心鏡頭的，（當(dāng)然價(jià)格更高）。而在工業(yè)圖像處理/機(jī)器視覺(jué)這個(gè)領(lǐng)域里，像方遠(yuǎn)心鏡頭一般來(lái)說(shuō)不會(huì)起作用的，因此這個(gè)行業(yè)基本是不用它的。

三、考慮因素：

         工業(yè)鏡頭，作為機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中的重要成像部件，一般可以按照以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行分析考慮：

    1.考慮鏡頭波長(zhǎng)、變焦

    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，綜合衡量后再確定鏡頭的工作波長(zhǎng)。

    2.優(yōu)先考慮特殊要求

    結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用特點(diǎn)，可能會(huì)有特殊要求，應(yīng)該予先明確下來(lái)。例如是否需測(cè)量功能，是否需使用遠(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。

    3.考慮工作距離、焦距

    工作距離和焦距往往結(jié)合起來(lái)一塊考慮。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。

    4.考慮像面大小和像質(zhì)

    所選工業(yè)鏡頭的像面大小要與相機(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。

    5.考慮鏡頭光圈和接口

    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。

         6.最后考慮成本和技術(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。

本文摘自：艾菲特光電遠(yuǎn)心鏡頭技術(shù)資料部分內(nèi)容,具體使用案例請(qǐng)查看附件。

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