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工业镜头常规指标介绍和选型指南

       成像镜头,又称光学镜头,因其应用不同衍生出各种名称。通常,我们把用于工业自动化领域的成像镜头统称为工业镜头。工业镜头是工业检测系统里的重要元素,其成像质量直接影响到检测系统的整体性能。

       近年,智能制造行业的发展对成像技术提出新的挑战。为了满足成像应用,各种类型的工业镜头层出不穷。那么,面对如此之多的镜头,该怎样进行选择呢?

  工业镜头一般选型步骤

       在选择现有工业镜头产品时,我们一般按照这个步骤进行选型。

       在这个选型过程中,明确项目需求和确认成像镜头的参数成为了重点。项目需求是多种多样的,面对不同的需求,普遍适用的选型方法是不存在的。本文尝试理清工业镜头常用参数的定义,协助选型。

  工业镜头的常用参数

  焦距

       焦距是指镜头的光学中心(光学后主点)到成像面焦点的距离,平行光通过镜头汇聚于一点,这个点就是所说的焦点,是镜头的重要性能指标。

       焦距的大小决定着视场角的大小,焦距数值小,所观察的范围大;焦距数值大,视角小,观察范围小。一般常用的工业镜头的焦距为8mm、12mm、16mm、25mm、35mm、50mm等。

       焦距选择方法:

  工作距离

       工作距离是指镜头前端机械面到被拍物之间的距离。

  F值

       光圈F值又称为光圈数,是镜头焦距与有效孔径之比。

  视场角

       在光学系统中,以镜头为顶点,以被测物体通过镜头的最大成像范围的两边缘构成的夹角叫做视场角。视场角的大小决定了镜头的视野范围,视场角越大,视野就越大,光学倍率也就越小。

       视场角与传感器尺寸有关,镜头的视场角应标明标准传感器尺寸。

       以联合光科16mm 2/3" 5M 定焦镜头 为例:

   使用某一款相机,在相同工作距离下拍摄,不同焦距的镜头也会有不同的视场角。

图:同款相机,相同工作距离,不同焦距的拍摄效果(注:图中所标为水平视场角)

    视场角与焦距有关,如下图片:视场角与镜头焦距。

  畸变

       镜头对被摄物体所成的像相对于物体本身的失真程度。

       通常分为两种:

       枕形畸变:镜头成像画面呈现向中间收缩的失真现象。

       桶形畸变:镜头成像画面呈桶形膨胀状的失真现象。

  光学接口

       相机和镜头的连接方式即为镜头的光学接口,业内对于光学接口已经形成了标准的规范。例如CS口、C口、F口。在工业应用中,一般C口和CS口用在小传感器尺寸相机上,F口用在大传感器尺寸相机上。此外,还有线阵相机常用接口M42、M58、M72等,顾名思义这些就是某个直径的螺纹口。

  传感器尺寸

       一般指镜头设计时,能够适配的最大的图像传感器尺寸(对角线),一般按照传感器尺寸进行描述,如1''、2/3''、1/2''、1/3''等,如果相机传感器尺寸大于镜头设计最大尺寸,则会在画面四个角形成暗影或黑角。

   

  图:传感器超过适配尺寸,会形成黑角

  光学总长

       光学系统第一个表面到像平面的距离。

  放大倍率

       是指物体通过镜头在焦平面上的成像大小与物体实际大小的比值。

       对同一个镜头而言,光学倍率与被拍摄物体距离镜头的远近有关;在最短工作距离对焦时,光学倍率最大。

  景深

       镜头对某一物平面对焦后,在对焦平面的前后都有一段能清晰成像的范围,分别称为前景深和后景深。

       景深=前景深+后景深;

       像方弥散圆:成像光束未会聚于一点,在像平面上形成一个扩散的圆形投影,称为弥散圆。

       景深ΔL=ΔL1+ΔL2

       δ:弥散圆直径;

       f :焦距;

       F:光圈F值;

       L:拍摄距离;

       减小光圈(增大F值)、增加拍摄距离、选择小焦距镜头均可使景深增加。

  MTF(调制传递函数)

       用来表示镜头的成像性能,成像再现物体的对比度的程度,MTF可以近似理解为黑白线条的对比度,最大值为1,顶端的黑色线条代表该镜头理论上可以达到的最佳成像质量。其余彩色线条分别代表不同视场情况下的MTF值。其中同一颜色的线条分别代表子午T和弧矢S两个方向的MTF值情况。

       同一频率时,MTF值不同会给图像带来差异。

  总结

       工业镜头的参数较多,从项目需求到工业镜头参数的确认,需要有一个转换的过程。理清工业镜头参数的概念,了解工业镜头常用参数对结果造成何种变化,从而选出合适的产品,往往是最高效的办法。

       联合光科提供种类齐全的成像镜头供客户选择:定焦镜头、短波近红外镜头、线扫镜头、远心镜头、电动变焦变倍镜头、中继镜、相机等等,欢迎您来电咨询。详细见成像镜头

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