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工业相机镜头的参数与选型的七大注意事项

来源:加一伟业 发布日期:2019-09-14

工业相机镜头的参数与选型的七大注意事项
  一、 镜头主要参数

  1.焦距(FocalLength)

  焦距是从镜头的中心点到胶平面上所形成的清晰影像之间的距离(注意!,相机的焦距与单片凸透镜的焦距是两个概念,因为相机上安装的镜头是多片薄的凸透镜组成,单片凸透镜的焦距是平行光线汇聚到一点,这点到凸透镜中心的距离)。焦距的大小决定着视角的大小,焦距数值小,视角大,所观察的范围也大;焦距数值大,视角小,观察范围小。根据焦距能否调节,可分为定焦镜头和变焦镜头两大类。

  2.光圈(Iris)

  用F表示,以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。每个镜头上都标有最大F值,例如 8mm /F1.4代表最大孔径为 5.7毫米 。F值越小,光圈越大,F值越大,光圈越小。

  3.对应最大CCD尺寸(SensorSize)

  镜头成像直径可覆盖的最大CCD芯片尺寸。主要有:1/2″、2/3″、1″和1″以上。

  4.接口(Mount)

  镜头与相机的连接方式。常用的包括C、CS、F、V、T2、Leica、M42x1、M75x0.75等。

  5.景深(Depth ofField,DOF)

  景深是指在被摄物体聚焦清楚后,在物体前后一定距离内,其影像仍然清晰的范围。景深随镜头的光圈值、焦距、拍摄距离而变化。光圈越大,景深越小;光圈越小、景深越大。焦距越长,景深越小;焦距越短,景深越大。距离拍摄体越近时,景深越小;距离拍摄体越远时,景深越大。

  6.分辨率(Resolution)

  分辨率代表镜头记录物体细节的能力,以每毫米里面能够分辨黑白对线的数量为计量单位:“线对/毫米”(lp/mm)。分辨率越高的镜头成像越清晰。

  7、工作距离(Workingdistance,WD)

  镜头第一个工作面到被测物体的距离。

  8、视野范围(Field ofView,FOV)

  相机实际拍到区域的尺寸。

  9、光学放大倍数(Magnification,ß)

  CCD/FOV,即芯片尺寸除以视野范围。

  10、数值孔径(Numerical Aperture,NA)

  数值孔径等于由物体与物镜间媒质的折射率n与物镜孔径角的一半(a\2)的正弦值的乘积,计算公式为N.A=n*sina/2。数值孔径与其它光学参数有着密切的关系,它与分辨率成正比,与放大率成正比。也就是说数值孔径,直接决定了镜头分辨率,数值孔径越大,分辨率越高,否则反之。

  11、后背焦(Flangedistance)

  准确来说,后倍焦是相机的一个参数,指相机接口平面到芯片的距离。但在线扫描镜头或者大面阵相机的镜头选型时,后倍焦是一个非常重要的参数,因为它直接影响镜头的配置。不同厂家的相机,哪怕接口一样也可能有不同的后倍焦。

  二、镜头选型

  1.选择镜头接口和最大CCD尺寸

  镜头接口只要可跟相机接口匹配安装或可通过外加转换口匹配安装就可以了;镜头可支持的最大CCD尺寸应大于等于选配相机CCD芯片尺寸。

  2.选择镜头焦距

  如图所示,在已知相机CCD尺寸、工作距离(WD)和视野(FOV)的情况下,可以计算出所需镜头的焦距(f)。

  3.选择镜头光圈

  镜头的光圈大小决定图像的亮度,在拍摄高速运动物体、曝光时间很短的应用中,应该选用大光圈镜头,以提高图像亮度。

  4.选择远心镜头

  远心镜头是为纠正传统镜头的视差而特殊设计的镜头,它可以在一定的物距范围内,使得到的图像放大倍率不会随物距的变化而变化。远心镜头与传统镜头对比,如图:

远心镜头又分为物方远心和双侧远心两种,如图:

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  工业镜头选型的七大注意事项

  在整个机器视觉系统中,机器视觉镜头是图像采集部分的重要成像部件,因此机器视觉镜头选型的正确与否至关重要。下面DZO东正光学结合多年的客户实际案例,从以下七个方面来说说机器视觉镜头选型注意事项:

光学工业定焦镜头

  一、客户特殊要求一般要首选考虑客户对机器视觉镜头的特殊要求,比如:在机器视觉镜头与工件之前有没有加入其它器件(透镜、反光镜片、玻璃)、机器视觉镜头的工作环境等。主要有以下几点需要先确认:

  1、对安装空间有限制要求的:机器视觉镜头的大小、长度及其他参数;

  2、固定相机悬挂镜头:比如,有些相机悬挂不了比较重的机器视觉镜头;

  3、摄像系统需要运动:速度过快的话,因为惯性,摄像系统有可能会偏移;

  4、对光谱响应有特殊要求的:比如,对于紫外环境,普通的玻璃镜头会吸收几乎所有紫外光;

  5、是否需要在机器视觉镜头上加光源:根据场景环境,对于需要增加亮度的,则要添加光源。如果是同轴镜头的话,可以安装点光源;

  6、价格要求;

  7、机器视觉镜头的工作环境;

  8、是否有其他特殊构件;

  二、是否需要用远心镜头对于精密测量系统需要选用远心镜头。远心镜头最主要的功能就是克服透视相差(成像时由于距离不同而造成的放大倍数不一致现象)的影响,使得检测目标在一定范围内运动时得到的尺寸数据几乎不变。一般情况下,远心镜头都是固定焦距和工作距离的,而且有些远心镜头的体积很大,有的重量会超过十斤,需要详细了解客户对视场大小、工作距离、空间限制、和运动控制的要求,之后才能确定需要的镜头型号规格。一般的表面缺陷检测、有无判断等对物体成像没有严格要求时,选用畸变小的远心镜头。

  三、机器视觉镜头的景深有些特殊要求的视觉系统需要景深比较大的镜头。例如,有些检测或测量中必须必须将工业相机成一定角度且要求整个物体成像清晰;被测目标不在同一个平面上,这就需要考虑镜头的景深。焦距越短,景深越大;光圈越小,景深越大;镜头离物体的距离越远,景深越大;小光圈和良好的光线使聚焦更简单,但是小光圈会丧失物体的精细结构。相机芯片像元越大景深越大。

  四、机器视觉镜头的芯片尺寸每种机器视觉镜头都只能兼容芯片不超过一定尺寸的相机。因此选择机器视觉镜头时一定要先确定工业相机的芯片尺寸,为了保证整幅图像的质量,机器视觉镜头的最大适配芯片尺寸必须大于与之配套的芯片尺寸,否则会引起严重的畸变和相差。

  五、机器视觉镜头的接口机器视觉镜头接口和相机接口都分为C、CS、F和其他更大尺寸的接口类型。相机和镜头是互补的,即C接口的相机只能用C接口的镜头。

  六、机器视觉镜头的焦距镜头的焦距主要对视场、工作距离有较大影响。在确定机器视觉镜头焦距之前必须先确定视场、工作距离、相机芯片尺寸等因素。

  七、机器视觉镜头的畸变畸变是视野中局部放大倍数不一致造成的图像扭曲。由于受制作工艺的影响,镜头畸变是不可避免的,镜头越好畸变越小。一般在精密测量系统等精度要求高的情况下,必须考虑机器视觉镜头的畸变。这些镜头参数都要结合实际项目中的情况来进行选型。

  以下是相关网友的提问:

  1、如何选择工业相机镜头?

  选择工业相机镜头时,要注意:

  1. C接口还是CS接口,C接口的接口距离是17.5mm,CS接口的接口距离是12.5mm,用错了就不能合焦;

  2. 要根据感光器件的大小来选择镜头,是2/3寸感光芯片的要选择对应成像圈的镜头,如果选择了1/3"或1/2“的,会出现很大的暗角。

  3. 选择焦距,即选择视野范围比观测范围稍大一点的镜头。

  4. 景深与光环境的配合,光线充足,配备光源照射的地方可以选用小光圈,加大景深,提高拍摄清晰度。光线不足的地方需要稍大一点的光圈或采用高感光度的感光芯片。

  2、如何选择工业相机,工业镜头?

  由于工业相机的类别多种多样,不同行业的应用,用户应该选择最适合自己的产品。在选购合适的工业相机时,需要从以下几方面着手选购:

  第一、先明确需求,要先确定检测产品的精度要求,要确定相机要看的视野大小,要确定检测物体的速度,同时确定是动态检测还是静态检测。

  第二、确定硬件类型,硬件的相关参数会影响其性能,因此在确定硬件类型前要先确定其相关参数,包括以下几点:

  1、相面像素大小的确定;

  目前市面上的软件精度一般是没有误差的,也就是通常所说的亚像素,但虽软件没有误差,但硬件的误差是不可避免的,所以现在市场上的机器视觉系统一般都保证在误差为一个像素,所以要通过如下计算公式:

  精度=视野(长或宽)÷相机像素(长或宽)

  2、相机传输方式的确定,针对目前市面上的相机传输方式及其应用的优缺点如下所述:

  1)模拟相机(PCI采集卡),对速度要求不高可选择。

  2)USB接口相机,系统只用到单个相机的可先择,要求高速的时候可先择。

  3)1394接口相机,系统用到多个相机的时候可先择,要求高速的时候可先择。

  3、相机的触发方式的选择;

  1)连续采集模式:对静态检测可选择,产品连续运动不能给触发信号的可选择;

  2)软件触发模式:对动态检测可选择,产品连续运动能给触发信号的可选择;

  3)硬件触发模式:对高速动态检测可选择,产品连续高速运动能给触发信号的可选择。

  3、CCD镜头选型

  CCD镜头的如何选型,CCD相机靶面对的视野,如果产品长度为20mm,3/1英寸的CCD应该用什么镜头,怎么计算出来,有公式吗?还有加上延长环之后对应的物距的调整和视野的大小关系,一般都知道被拍照产品的大小,相机一般都用3/1英寸的,但是选什么样的镜头能够给把产品拍全,谢谢回答,百度的请绕道.我所说的是工业相机CCD,不是数码相机......

  你好,这个是计算镜头的公式,有看不明白的地方请随时问我,我是做工业CCD的,共同学习