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[分享]工業(yè)鏡頭的概念及其分類 [復(fù)制鏈接] |
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光學(xué)鏡頭一般稱為攝像鏡頭或攝影鏡頭,簡稱鏡頭,其功能就是光學(xué)成像。鏡頭是機(jī)器視覺系統(tǒng)中的重要組件,對成像質(zhì)量有著關(guān)鍵性的作用,它對成像質(zhì)量的幾個(gè)最主要指標(biāo)都有影響,包括:分辨率、對比度、景深及各種像差。鏡頭不僅種類繁多,而且質(zhì)量差異也非常大,但一般用戶在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)往往對鏡頭的選擇重視不夠,導(dǎo)致不能得到理想的圖像,甚至導(dǎo)致系統(tǒng)開發(fā)失敗。本文的目的是通過對各種常見鏡頭的分類及主要參數(shù)介紹,總結(jié)各種因素之間的相互關(guān)系,使讀者掌握機(jī)器視覺系統(tǒng)中鏡頭的選用技巧。 根據(jù)有效像場的大小劃分 把攝影鏡頭安裝在一很大的伸縮暗箱前端,并在該暗箱后端安裝一塊很大的磨砂玻璃。當(dāng)將鏡頭光圈開至最大,并對準(zhǔn)無限遠(yuǎn)景物調(diào)焦時(shí),在磨砂玻璃上呈現(xiàn)出的影像均位于一圓形面積內(nèi),而圓形外則漆黑,無影像。此有影像的圓形面積稱為該鏡頭的最大像場。在這個(gè)最大像場范圍的中心部位,有一能使無限遠(yuǎn)處的景物結(jié)成清晰影像的區(qū)域,這個(gè)區(qū)域稱為清晰像場。照相機(jī)或攝影機(jī)的靶面一般都位于清晰像場之內(nèi),這一限定范圍稱為有效像場。由于視覺系統(tǒng)中所用的攝像機(jī)的靶面尺寸有各種型號,所以在選擇鏡頭時(shí)一定要注意鏡頭的有效像場應(yīng)該大于或等于攝像機(jī)的靶面尺寸,否則成像的邊角部分會模糊甚至沒有影像。 根據(jù)有效像場的大小,一般可分為如下幾類: 根據(jù)焦距分類 根據(jù)焦距能否調(diào)節(jié),可分為定焦距鏡頭和變焦距鏡頭兩大類。依據(jù)焦距的長短,定焦距鏡頭又可分為魚眼鏡頭、短焦鏡頭、標(biāo)準(zhǔn)鏡頭、長焦鏡頭四大類。需要注意的是焦距的長短劃分并不是以焦距的絕對值為首要標(biāo)準(zhǔn),而是以像角的大小為主要區(qū)分依據(jù),所以當(dāng)靶面的大小不等時(shí),其標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的焦距大小也不同。變焦鏡頭上都有變焦環(huán),調(diào)節(jié)該環(huán)可以使鏡頭的焦距值在預(yù)定范圍內(nèi)靈活改變。變焦距鏡頭最長焦距值和最短焦距值的比值稱為該鏡頭的變焦倍率。變焦鏡頭有可分為手動變焦和電動變焦兩大類。 變焦鏡頭由于具有可連續(xù)改變焦距值的特點(diǎn),在需要經(jīng)常改變攝影視場的情況下非常方便使用,所以在攝影領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。但由于變焦距鏡頭的透鏡片數(shù)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,所以最大相對孔徑不能做得太大,致使圖像亮度較低、圖像質(zhì)量變差,同時(shí)在設(shè)計(jì)中也很難針對各種焦距、各種調(diào)焦距離做像差校正,所以其成像質(zhì)量無法和同檔次的定焦距鏡頭相比。 實(shí)際中常用的鏡頭的焦距是從4毫米到300毫米的范圍內(nèi)有很多的等級,如何選擇合適焦距的鏡頭是在機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的一個(gè)主要問題。光學(xué)鏡頭的成像規(guī)律可以根據(jù)兩個(gè)基本成像公式牛頓公式和高斯公式來推導(dǎo),對于機(jī)器視覺系統(tǒng)的常見設(shè)計(jì)模型,我們一般是根據(jù)成像的放大率和物距這兩個(gè)條件來選擇合適焦距的鏡頭的,在此給出一組實(shí)用的計(jì)算公式: 根據(jù)鏡頭接口類型劃分 鏡頭和攝像機(jī)之間的接口有許多不同的類型,工業(yè)攝像機(jī)常用的包括C接口、CS接口、F接口、V接口、T2接口、徠卡接口、M42接口、M50接口等。接口類型的不同和鏡頭性能及質(zhì)量并無直接關(guān)系,只是接口方式的不同,一般可以也找到各種常用接口之間的轉(zhuǎn)接口。 |