Playing to Type: Choosing the Right Class of Lens for Machine Vision
Machine vision systems have one general task: to collect and process optical information so measurements, observations or decisions can be made without direct human intervention. In other words, machine vision systems are supposed to augment or serve as surrogates for people in specific industrial roles. But machine vision systems lack one essential component of human systems: They don’t have brains.
Our brains allow us to interpolate and extrapolate poor and contradictory visual information to make decisions about reality. Because machine vision systems lack that powerful information processor, they don’t function well with poor or inconsistent visual information. That means you need to d esign your machine vision system to meet specific performance requirements and to provide high-quality, consistent images. And it all starts with the optics.
As you evaluate your system requirements, you’ll be driven to decide on the class of lens for you r imaging system. You should be aware that you have three lens options: endocentric, telecentric or hypercentric. Endocentric lenses produce images with the same kind of perspective as the human eye –these are standard fixed-focal-length lenses. Telecentric lenses eliminate perspective errors (also called parallax), and hypercentric lenses invert normal perspective to see nearly the entire surface of a three-dimensional object. Although all three lens classes can be defined in terms of their optical design, an example can more easily illustrate how characteristics of each class can provide specific performance benefits. This hypothetical example will illustrate the characteristics that will drive you to select an imaging lens from a particular class.
Optimizing factory performance
Whether your machine vision system is being used for process control or quality inspection, it will have a specific task. For example, say you’re working in a syringe-manufacturing factory. You might have to verify the placement and number of syringes before sealing the packages. An easy enough job for a person – but a bit slow and mind-numbing. So you want to replace that function with a machine vision system.
This particular task – counting and verifying placement of syringes within a package – does not require great precision. You’ll have to define the image parameters of a syringe, but you can do that with edge-detection or some other pattern-recognition algorithm. It won’t matter to that algorithm whether the syringe image is 17 or 22 pixels across. Why is that important? Because an endocentric lens acts just like your eye: Objects that are farther away appear smaller in the image. With an endocentric lens, the physical size of the syringe image on the detector will be different for syringes at different distances from the lens.
For tasks that don’t require precise measurements, such as the syringe-counting application, you can most
often comfortably use an endocentric lens. If you need to verify that bar codes are legible on a package of razors, or that the color of your cereal boxes is within an acceptable range, an endocentric lens is usually the best option (Figure 1).
Figure 1. Most standard fixed-focal-length lenses are endocentric, which is good for general imaging applications. Remember, though, that just because your application might not need metrology-class imaging doesn’t mean you don’t need high-quality images. A lens that distorts can make it difficult for your pattern-recognition routine to consistently identify syringes, particularly at different places within the field of view. Similarly, a lens with illumination/resolution falloff in the corners, or with poor contrast at the spatial frequency of your bar code, will make it difficult to verify legibility; a lens with lots of chromatic aberration will make it problematic to test the color of your cereal boxes. Put another way, just because you can use a traditional endocentric-class lens doesn’t mean you can use a poor-quality lens.
Going telecentric
Imagine now that your first machine vision project at the syringe factory has gone so well that you decide to use machine vision elsewhere. Assume that another task at your factory is to verify that the internal and external diameters (IDs and ODs) of your syringes are within specification – all along the length of the barrel. Right now this is done by a technician randomly selecting syringes from the production line and measuring the ID and OD of each by hand with a micrometer.
Choosing an endocentric lens for this task will create problems because endocentric lenses image with the same kind of perspective as the human eye. For example, if you decide to image the syringes as they lie flat on a conveyor belt, their distance from the imaging lens will vary from syringe to syringe – and even from one end of the syringe to the other – as they bounce along the belt.
If you decide to image the syringes on end, looking down the barrels, the problem becomes even more difficult. Why? Because even if you line up the barrels perfectly with the optic axis of your lens, you still have the problem that nearer objects appear larger than more distant ones. Specifically, the closest ends of the syringes will produce circle images that appear larger than the circle images of the farther ends of the syringes. Another way of saying this is that the magnification of endocentric lenses is a function of object distance. For this function, you will need a lens where the magnification does not vary with object
distance – the telecentric lens.
Telecentric lenses create their images from light that comes right along the optic axis. They come in three varieties: object-space, image-space and bilateral (or double) telecentricity. Object-space telecentric lenses have their entrance pupil at infinity, image-space telecentric lenses have their exit pupils at infinity, and bilaterally telecentric lenses have both entrance and exit pupils at infinity. For typical metrology applications, you’ll want an object-space or bi-telecentric lens (Figure 2).
Figure 2. The complex design of telecentric lenses can create accurate and consistent images for metrology.
Those details of optical design have one very practical effect: The magnification in an object-space telecentric lens does not vary with object distance. So, when you image along a syringe, you will see the ID and OD of the barrel along the entire length simultaneously. If there’s a “bump” anywhere along the length of the barrel, the image will show it. In addition, once you calibrate your lens, you can accurately and consistently measure diameter directly from the images.
Shifting perspective with hypercentric lenses
Your success at addressing the packaging and metrology problems was so dramatic that you’ve decided to address another inspection problem with a machine vision system: The syringe markings all around the top of the perimeter of the barrel need to be consistent and clear. Currently, you have a technician pull some random samples and spin them around to examine the markings all around the syringes. You could use an endocentric imaging lens to acquire images as you rotate the syringe, but it would be a lot more convenient if you could image the entire outside of the barrel in one simple acquisition. That’s a job that a hypercentric lens is made to address, and it allows you to use one lens instead of two, three or even four endocentric lenses.
When you look at the field of view of an endocentric lens, it’s a cone that diverges from the front of the lens. A telecentric lens has a cylindrical field of view. A hypercentric lens goes a step further –it’s a cone that converges from the front of the lens. For example, at 10 cm away, a 6-cm diameter endocentric lens could have a field of view that’s 12 cm wide, a telecentric lens would have a field of view about 6 cm wide, and the field of view of a hypercentric lens could converge to a point at that same 10-cm distance (Figure 3).
Figure 3.(a) Hypercentric lenses invert normal perspective to simultaneously image the top and sides of objects within the working area.(b) Here, a die is imaged using(bottom) a hypercentric lens and(top) a fixed-focal-length lens.
As you might expect from that description, the perspective of a hypercentric lens is exactly the opposite of that of an endocentric lens. With an endocentric lens, nearer objects create larger images than more distant objects, while in a hypercentric lens, nearer objects create smaller images than more distant objects. In practice, this has the effect of transforming an on-axis cylinder into an annular disk at the image plane.
For example, with your syringe, the innermost circle of the image will be the near end of the syringe, while the far end of the syringe will be projected onto a larger circle in the image. The cylindrical surface of the syringe at a given distance from the lens is projected onto a circle of a specific radius on the image
plane. If your syringe has a colored band halfway down its length, the band will appear as a circle on the image plane. With one acquisition, you can image the entire outer circumference of the syringe. If you insert a spacer between a hypercentric lens and a detector, you create a borescope capable of imaging the interior of a cylinder with the same kind of circular projection.
The rest of the story
The examples given here illustrate situations appropriate for different types of lenses. T hat’s just the start of specifying your machine vision system. You’ll want to evaluate the resolution you need, the wavelengths you want to acquire, the field of view of your scene, the detector geometry, the image acquisition rate, the scene illumination and other factors. But understanding the fundamental characteristics of endocentric, telecentric and hypercentric lenses gives you a head start on an efficient machine vision system. If you are in a situation where the unique features of telecentricity or hypercentricity match your imaging needs, you can streamline the rest of your system design.
Limitations of telecentricity and hypercentricity
You might be tempted to take advantage of the inherent accuracy of telecentric lenses for all your applications – after all, why not get the most accurate, consistent measurements out of every image? But telecentric lenses aren’t always the optimum choice.
The narrow acceptance angle of telecentric lenses means that the maximum linear field of view can be no larger than the lens diameter (often 10 to 20 percent smaller). If your object is large, the lens must be equally large. But as the lens diameter goes up, so do the cost and weight of a telecentric lens. Telecentric lenses also have a relatively limited worki ng distance. That’s also an issue of lens diameter (and cost), because the diameter of a telecentric lens grows as the working distance increases.
Hypercentric lenses have similar issues. The field is smaller than the lens diameter, and the working distance is also relatively small. The usable portion of the converging-cone field of view of a hypercentric lens is called the “near-view cone” or “working area,” and it’s typically on the order of tens of millimeters. So it’s best to consider telecentric and hypercentric lenses as valuable and efficient tools for unique imaging applications – tools that can justify their higher cost with increased performance and efficiency where warranted.
机器视觉基础知识详解 随着工业4.0时代的到来，机器视觉在智能制造业领域的作用越来越重要，为了能让更多用户获取机器视觉的相关基础知识，包括机器视觉技术是如何工作的、它为什么是实现流程自动化和质量改进的正确选择等。小编为你准备了这篇机器视觉入门学习资料。 机器视觉是一门学科技术，广泛应用于生产制造检测等工业领域，用来保证产品质量，控制生产流程，感知环境等。机器视觉系统是将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。 机器视觉优势：机器视觉系统具有高效率、高度自动化的特点，可以实现很高的分辨率精度与速度。机器视觉系统与被检测对象无接触，安全可靠。人工检测与机器视觉自动检测的主要区别有：
为了更好地理解机器视觉，下面，我们来介绍在具体应用中的几种案例。 案例一：机器人+视觉自动上下料定位的应用： 现场有两个振动盘，振动盘1作用是把玩偶振动到振动盘2中，振动盘2作用是把玩偶从反面振动为正面。该应用采用了深圳视觉龙公司VD200视觉定位系统，该系统通过判断玩偶正反面，把玩偶处于正面的坐标值通过串口发送给机器人，机器人收到坐标后运动抓取产品，当振动盘中有很多玩偶处于反面时，VD200视觉定位系统需判断反面玩偶数量，当反面玩偶数量过多时，VD200视觉系统发送指令给振动盘2把反面玩偶振成正面。 该定位系统通过玩偶表面的小孔来判断玩偶是否处于正面，计算出玩偶中心点坐标，发送给机器人。通过VD200视觉定位系统实现自动上料，大大减少人工成本，大幅提高生产效率。 案例二：视觉检测在电子元件的应用： 此产品为电子产品的按钮部件，产品来料为料带模式，料带上面为双排产品。通过对每个元器件定位后，使用斑点工具检测产品固定区域的灰度值，来判断此区域有无缺胶情况。 该应用采用了深圳视觉龙公司的DragonVision视觉系统方案，使用两个相机及光源配合机械设备，达到每次检测双面8个产品，每分钟检测大约1500个。当出现产品不良时，立刻报警停机，保证了产品的合格率和设备的正常运行，提高生产效率。
机器视觉检测系统简述及系统构成 1机器视觉检测的一般模式 机器视觉检测的目标千差万别，检测的方式也不尽相同。农产品如苹果、玉米等通常是检测其成熟度，大小，形态等，工业产品如工业零件,印刷电路板通常是检测其几何尺寸，表面缺陷等。不同的应用场合，就需要采用不同的检测设备和检测方法。如有的检测对精度要求高，就需要选择高分辨率的影像采集装置；有的检测需要产品的彩色信息，就需要采用彩色的工业相机装置。正是由于不同检测环境的特殊性，目前世界上还没有一个适用于所有产品的通用机器视觉检测系统。虽然各个检测系统采用的检测设备和检测方法差异很大，但其检测的一般模式却是相同的。机器视觉检测的一般模式是首先通过光学成像和图像采集装置获得产品的数字化图像，再用计算机进行图像处理得到相关检测信息，形成对被测产品的判断决策，最后将该决策信息发送到分拣装置，完成被测产品的分拣。 机器视觉检测的一般模式如图1所示： 图1机器视觉检测的一般模式 1.1图像获取 图像获取是机器视觉检测的第一步，它影响到系统应用的稳定性和可靠性。图像的获取实际上就是将被测物体的可视化图像和内在特征转换成能被计算机处理的图像数据。机器视觉检测系统一般利用光源，光学镜头，相机，图像采集卡等设备获取被测物体的数字化图像。 1.2视觉检测 视觉检测通过图像处理的方法从产品图像中提取需要的信息，做出结果处理并发送相应消息到分拣机构。通常这部分功能由机器视觉软件来完成。优秀的机器视觉软件可对图像中的目标特征进行快速准确地检测，并最大限度地减少对硬件系统的依赖性，而算法设计不够成熟的机器视觉软件则存在检测速度慢，误判率高，对硬件依赖性强等特点。在机器视觉检测系统中视觉信息的处理主要依赖于图像处理方法，它包括图像增强,数据编码和传输，平滑，边缘锐化，分割，特征提取，目标识别与理解等内容。 1.3分拣 对于一个检测系统而言，最终是要实现次品（含不同种类的次品）与合格品的分离即分拣，这部分功能由分拣机构来完成。分拣是机器视觉检测的最后一个也是最为关键的一个环节"对于不同的应用场合，分拣机构可以是机电系统!液压系统!气动系统中的某一种。但无论是哪一种，除了其加工制造和装配精度要严格保证以外,其动态特性,特别是快速性和稳定性也十分重要，必须在设计时予以足够的重视。 2机器视觉检测系统的构成 一个典型的机器视觉检测系统主要包括光源、光学镜头、数字相机、图像采集卡、图像处理模块、分拣机构等部份。其构成如图2所示。 图2典型的机器视觉检测系统 3光源
机器视觉（相机、镜头、光源）全面概括 分类：机器视觉2013-08-19 10:52 1133人阅读评论(0) 收藏举报机器视觉工业相机光源镜头 1.1.1视觉系统原理描述 机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分CMOS 和CCD 两种）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。 2.1.1视觉系统组成部分 视觉系统主要由以下部分组成 1.照明光源 2.镜头 3.工业摄像机 4.图像采集/处理卡 5.图像处理系统 6.其它外部设备 2.1.1.1相机篇 详细介绍： 工业相机又俗称摄像机，相比于传统的民用相机（摄像机）而言，它具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等，目前市面上工业相机大多是基于CCD（Charge Coupled Device）或CMOS（Complementary Metal Oxide
Semiconductor）芯片的相机。CCD是目前机器视觉最为常用的图像传感器。它集光电转换及电荷存贮、电荷转移、信号读取于一体，是典型的固体成像器件。CCD的突出特点是以电荷作为信号，而不同于其它器件是以电流或者电压为信号。这类成像器件通过光电转换形成电荷包，而后在驱动脉冲的作用下转移、放大输出图像信号。典型的CCD相机由光学镜头、时序及同步信号发生器、垂直驱动器、模拟/数字信号处理电路组成。CCD作为一种功能器件，与真空管相比，具有无灼伤、无滞后、低电压工作、低功耗等优点。CMOS图像传感器的开发最早出现 在20世纪70 年代初，90 年代初期，随着超大规模集成电路(VLSI) 制造工艺技术的发展，CMOS图像传感器得到迅速发展。CMOS图像传感器将光敏元阵列、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换电路、图像信号处理器及控制器集成在一块芯片上，还具有局部像素的编程随机访问的优点。目前，CMOS图像传感器以其良好的集成性、低功耗、高速传输和宽动态范围等特点在高分辨率和高速场合得到了广泛的应 用。、 分类： 任何东西分类一定有它自己的分类标准，工业相机也不例外，按照芯片类型可以分为CCD相机、CMOS相机；按照传感器的结构特性可以分为线阵相机、面阵相机；按照扫描方式可以分为隔行扫描相机、逐行扫描相机；按照分辨率大小可以分为普通分辨率相机、高分辨率相机；按照输出信号方式可以分为模拟相机、数字相机；按照输出色彩可以分为单色（黑白）相机、彩色相机；按照输出信号速度可以分为普通速度相机、高速相机；按照响应频率范围可以分为可见光（普通）相机、红外相机、紫外相机等。 区别： 1、工业相机的性能稳定可靠易于安装，相机结构紧凑结实不易损坏，连续工作时间长，可在较差的环境下使用，一般的数码相机是做不到这些的。例如：让民用数码相机一天工作24小时或连续工作几天肯定会受不了的。 2、工业相机的快门时间非常短，可以抓拍高速运动的物体。 例如，把名片贴在电风扇扇叶上，以最大速度旋转，设置合适的快门时间，用工业相机抓拍一张图像，仍能够清晰辨别名片上的字体。用普通的相机来抓拍，是不可能达到同样效果的。
镜头的选择和主要参数 １、镜头的分类 按外形功能分按尺寸大小分按光圈分按变焦类型分按焦距长矩分 球面镜头 1" 25mm 自动光圈电动变焦长焦距镜头 非球面镜头 1/2" 3mm 手动光圈手动变焦标准镜头 针孔镜头 1/3" 8.5mm 固定光圈固定焦距广角镜头 鱼眼镜头 2/3" 17mm （１）以镜头安装分类所有的摄象机镜头均是螺纹口的，ＣＣＤ摄象机的镜头安装有两种工业标准，即Ｃ安装座和ＣＳ安装座。两者螺纹部分相同，但两者从镜头到感光表面的距离不同。Ｃ安装座：从镜头安装基准面到焦点的距离是17.526mm。ＣＳ安装座：特种Ｃ安装，此时应将摄象机前部的垫圈取下再安装镜头。其镜头安装基准面到焦点的距离是12.5mm。如果要将一个Ｃ安装座镜头安装到一个ＣＳ安装座摄象机上时，则需要使用镜头转换器。 （２）以摄象机镜头规格分类摄象机镜头规格应视摄象机的ＣＣＤ尺寸而定，两者应相对应。即摄象机的ＣＣＤ靶面大小为１／２英寸时，镜头应选１／２英寸。摄象机的ＣＣＤ靶面大小为１／３英寸时，镜头应选１／３英寸。摄象机的ＣＣＤ靶面大小为１／４英寸时，镜头应选１／４英寸。如果镜头尺寸与摄象机ＣＣＤ靶面尺寸不一致时，观察角度将不符合设计要求，或者发生画面在焦点以外等问题。 （３）以镜头光圈分类镜头有手动光圈（manual iris）和自动光圈（auto iris）之分，配合摄象机使用，手动光圈镜头适合于亮度不变的应用场合，自动光圈镜头因亮度变更时其光圈亦作自动调整，故适用亮度变化的场合。自动光圈镜头有两类：一类是将一个视频信号及电源从摄象机输送到透镜来控制镜头上的光圈，称为视频输入型，另一类则利用摄象机上的直流电压来直接控制光圈，称为ＤＣ输入型。自动光圈镜头上的ＡＬＣ（自动镜头控制）调整用于设定测光系统，可以整个画面的平均亮度，也可以画面中最亮部分（峰值）来设定基准信号强度，供给自动光圈调整使用。一般而言，ＡＬＣ已在出厂时经过设定，可不作调整，但是对于拍摄景物中包含有一个亮度极高的目标时，明亮目标物之影像可能会造成"白电平削波" 现象，而使得全部屏幕变成白色，此时可以调节ＡＬＣ来变换画面。另外，自动光圈镜头装有光圈环，转动光圈环时，通过镜头的光通量会发生变化，光通量即光圈，一般用Ｆ表示，其取值为镜头焦距与镜头通光口径之比，即：Ｆ＝ f（焦距）／Ｄ（镜头实际有效口径），Ｆ值越小，则光圈越大。采用自动光圈镜头，对于下列应用情况是理想的选择，它们是：在诸如太阳光直射等非常亮的情况下，用自动光圈镜头可有较宽的动态范围。要求在整个视野有良好的聚焦时，用自动光圈镜头有比固定光圈镜头更大的景深。要求在亮光上因光信号导致的模糊最小时，应使用自动光圈镜头。 （４）以镜头的视场大小分类标准镜头：视角３０度左右，在１／２英寸ＣＣＤ摄象机中，标准镜头焦距定为１２mm，在１／３英寸ＣＣＤ摄象机中，标准镜头焦距定为８mm。广角镜头：视角９０度以上，焦距可小于几毫米，可提供较宽广的视景。远摄镜头：视角２０度以内，焦距可达几米甚至几十米，此镜头可在远距离情况下将拍摄的物体影响放大，但使观察范围变小。变倍镜头（zoom lens）：也称为伸缩镜头，有手动变倍镜头和电动变倍镜头两类。可变焦点镜头（vari-focus lens）：它介于标准镜头与广角镜头之间，焦距连续可变，即可将远距离物体放大，同时又可提供一个宽广视景，使监视范围增加。变焦镜头可通过设置自动聚焦于最小焦距和最大焦距两个位置，但是从最小焦距到最大焦距之间的聚焦，则需通过手动聚焦实现。针孔镜头：镜头直径几毫米，可隐蔽安装。
机器视觉检测的基础知识~相机 容来源网络，由“机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在机械展. 相机都有哪些种类？我们常说的CCD就是相机么？除了2D平面相机，是否还有其他种类的相机，原理又是什么？下面这篇文章给您一一道来。 一，相机就是CCD么？ 通常，我们把所有相机都叫作CCD，CCD已经成了相机的代名词。正在使用被叫做CCD的很可能就是CMOS。其实CCD和CMOS都称为感光元件，都是将光学图像转换为电子信号的半导体元件。他们在检测光时都采用光电二极管，但是在信号的读取和制造方法上存在不同。两者的区别如下： 二，像素。 所谓像素，是指图像的最小构成单位。电脑中的图像，是通过像素（或者称为PIXEL）这一规则排列的点的集合进行表现的。每一个点都拥有色调和阶调等色彩信息，由此就可以描绘出彩色的图像。 ▼例如：液晶显示器上会显示「分辨率：1280×1024」等。这表示横向的像素数为1280，纵向的像素数为1024。这样的显示器的像素总数即为1280×1024＝1,310,720。由于像素数越多，则越可以表现出图像的细节，因此也可以说「清晰度更高」。
三，像素直径。 所谓像素直径，是指每个CCD元件的大小，通常使用μm作为单位。严谨的说，这个大小中包含了受光元件与信号传送通路。（＝像素间距，即某个像素的中心到邻近一个像素的中心的距离。）。也就是说，像素直径与像素间距的值是一样的。如果像素直径较小，则图像将通过较小的像素进行描绘，因此可以获得更加精细的图像。可以通过像素直径和有效像素数，求出CCD元件的受光部的大小。 假设某个 CCD 元件的条件如下所示： ·有效像素数…768 × 484 ·像素直径…8.4 μm× 9.8μm 则受光部的大小为 ·横向768 × 8.4μm＝ 6.4512 mm ·纵向484 × 9.8μm＝ 4.7432 mm 四，CCD的大小。 ▼CCD感光元件的大小，一般分为采用英寸单位表示和采用APS-C大小等规格表示这2种方式。采用英寸表示时，该尺寸并不是拍摄的实际尺寸，而是相当于摄像管的对角长度。例如，1/2英寸的CCD表示「拥有相当于1/2英寸的摄像管的拍摄围」。为什么如此计算呢，这是由于当初制造CCD的目的就是用来代替电视机录像机的摄像管的。当时，由于想要继续使用镜头等光学用品的需求比较强烈，由此就诞生了这种奇怪的规格。主要的英寸规格的尺寸如下表所示。
选择镜头的四个要点 一、焦距 选择镜头第一个要注意的是镜头的焦距，焦距实际上就是视角问题，焦距不同视角也不同。另外用户自己要明确，我购买镜头的主要目的是什么？是为拍风景还是拍人物等等。众所周知，拍风景宜用广角镜头，而拍人物则宜用望远镜头，所以首先要根据摄影目的来决定自己所要选购的镜头焦距。 拍摄风景最佳焦段是广角焦段24mm、望远焦段200mm（均以35mm规格为标准，下同）。当标准变焦镜头广角焦段从28mm进化到24mm后视角变大，可收纳的景物范围大大拓宽。一般来说拍摄风景对镜头最大光圈要求不太高。如果主要是拍风景的话，选择变焦镜头时广角焦段是24mm基本就够用了。至于望远焦段，起码得是200mm，如果望远焦段是300mm或400mm就更理想了，自由度会大大提高。传统变焦镜头的望远焦段多是300mm，用在数码单反上就是450mm，焦距扩大了1.5倍，用起来会令人感到更加痛快，这一点正是数码单反的价值所在。现在出品的数码专用超广角镜头的广角焦段一般到12mm，相当于35mm规格的18mm，比起35mm规格的28mm焦段将近扩大了1.5倍，从而使所拍摄的风景场面左右范围大大加宽。 拍摄人物最佳焦段是85mm。以35mm规格标准来说，拍摄人物基本以85mm焦距为标准来选择镜头。85mm焦段所拍的人像基本接近中画幅照相机所拍的画面效果，不仅远近感合适，而且人物脸部显得非常自然，照相机与被摄人物之间的距离基本也能保持在平时说话的距离。85mm焦段还能很好地虚化背景突出人物。为获得良好的虚化效果，宜选择最大光圈大的镜头。85mm焦段在数码单反上约是135mm，虽然所拍画面远近感显得稍微弱了一点，但基本无大碍，所以拍摄人物镜头的焦距起码要在85mm左右。 拍花卉对传统单反来说有一款100mm微距镜头就足够了。100mm微距镜头可等倍摄影，能把花朵拍得很大，但是，当等倍摄影或接近等倍摄影时，由于焦距长景深浅，容易产生抖动，所以拍摄时要考虑防抖措施。从这一点来看，50mm微距镜头用在数码单反上更容易使用。 二、最大光圈 最大光圈的真正价值表现在提高弱光情况下的进光量，从而达到最佳曝光组合。拍摄风景一般不太要求镜头的虚化能力，另外，除特别暗的场所外一般也不太苛求镜头口径。但是，当70－200mm变焦镜头加装2倍增距镜而使望远焦段变成400mm并用AF自动聚焦时，最好选择最大光圈是F2.8的镜头。大光圈有利于在较暗条件下准确聚焦。用大口径镜头拍摄人物即便在光线较弱的地方也能手持机利用自然光拍摄。另外，最大光圈大的镜头能带来较快的快门速度，所以体育摄影也需要大口径镜头。 要求镜头光圈大的另一个理由是能自由自在地虚化背景，而且保证虚化品质。最大光圈F1.4的镜头当光圈缩小到F2时，无论是成像品质还是对背景的虚化品质都要强于最大光圈是F2的镜头。所以说，大口径镜头缩小一档光圈具有相当大的价值，任何摄影者都要善于
工业镜头的概念及分类 工业镜头的概念及分类 工业镜头一般称为摄像镜头或摄影镜头，简称镜头，其功能就是光学成像。镜头是机器视觉系统中的重要组件，对成像质量有着关键性的作用，它对成像质量的几个最主要指标都有影响，包括：分辨率、对比度、景深及各种像差。镜头不仅种类繁多，而且质量差异也非常大，但一般用户在进行系统设计时往往对镜头的选择重视不够，导致不能得到理想的图像，甚至导致系统开发失败。本文的目的是通过对各种常见镜头的分类及主要参数介绍，总结各种因素之间的相互关系，使读者掌握机器视觉系统中镜头的选用技巧。 根据有效像场的大小划分 把摄影镜头安装在一很大的伸缩暗箱前端，并在该暗箱后端安装一块很大的磨砂玻璃。当将镜头光圈开至最大，并对准无限远景物调焦时，在磨砂玻璃上呈现出的影像均位于一圆形面积内，而圆形外则漆黑，无影像。此有影像的圆形面积称为该镜头的最大像场。在这个最大像场范围的中心部位，有一能使无限远处的景物结成清晰影像的区域，这个区域称为清晰像场。照相机或摄影机的靶面一般都位于清晰像场之内，这一限定范围称为有效像场。由于视觉系统中所用的摄像机的靶面尺寸有各种型号，所以在选择镜头时一定要注意镜头的有效像场应该大于或等于摄像机的靶面尺寸，否则成像的边角部分会模糊甚至没有影像。 根据焦距分类 根据焦距能否调节，可分为定焦距镜头和变焦距镜头两大类。依据焦距的长短，定焦距镜头又可分为鱼眼镜头、短焦镜头、标准镜头、长焦镜头四大类。需要注意的是焦距的长短划分并不是以焦距的绝对值为首要标准，而是以像角的大小为主要区分依据，所以当靶面的大小不等时，其标准镜头的焦距大小也不同。变焦镜头上都有变焦环，调节该环可以使镜头的焦距值在预定范围内灵活改变。变焦距镜头最长焦距值和最短焦距值的比值称为该镜头的变焦倍率。变焦镜头有可分为手动变焦和电动变焦两大类。 变焦镜头由于具有可连续改变焦距值的特点，在需要经常改变摄影视场的情况下非常方便使用，所以在摄影领域应用非常广泛。但由于变焦距镜头的透镜片数多、结构复杂，所以最大相对孔径不能做得太大，致使图像亮度较低、图像质量变差，同时在设计中也很难针对各种焦距、各种调焦距离做像差校正，所以其成像质量无法和同档次的定焦距镜头相比。 实际中常用的镜头的焦距是从4毫米到300毫米的范围内有很多的等级，如何选择合适焦距的镜头是在机器视觉系统设计时要考虑的一个主要问题。光学镜头的成像规律可以根据两个基本成像公式牛顿公式和高斯公式来推导，对于机器视觉系统的常见设计模型，我们一般是根据成像的放大率和物距这两个条件来选择合适焦距的镜头的，在此给出一组实用的计算公式： 放大率：m=h’/h=L’/L 物距：L = f(1+1/m) 像距：L’= f(1+m) 焦距：f = L/(1+1/m) 物高：h = h’/m = h’(L-f)/f 像高：h’ = mh = h(L’-f)/f 特殊用途的镜头
教你如何选择工业相机 镜头 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
教你如何选择工业相机镜头 工业相机镜头的选择过程，是将工业相机镜头各项参数逐步明确化的过程。作为成像器件，工业相机镜头通常与光源、相机一起构成一个完整的图像采集系统，因此工业相机镜头的选择受到整个系统要求的制约。一般地可以按以下几个方面来进行分析考虑。 一、波长、变焦与否 工业相机镜头的工作波长和是否需要变焦是比较容易先确定下来的，成像过程中需要改变放大倍率的应用，采用变焦镜头，否则采用定焦镜头就可以了。 关于工业相机镜头的工作波长，常见的是可见光波段，也有其他波段的应用。是否需要另外采取滤光措施单色光还是多色光能否有效避开杂散光的影响把这几个问题考虑清楚，综合衡量后再确定镜头的工作波长。 二、特殊要求优先考虑 结合实际的应用特点，可能会有特殊的要求，应该先予明确下来。例如是否有测量功能，是否需要使用远心镜头，成像的景深是否很大等等。景深往往不被重视，但是它却是任何成像系统都必须考虑的。 三、工作距离、焦距 工作距离和焦距往往结合起来考虑。一般地，可以采用这个思路：先明确系统的分辨率，结合CCD像素尺寸就能知道放大倍率，再结合空间结构约束就能知道大概的物像距离，进一步估算工业相机镜头的焦距。所以工业相机镜头的焦距是和工业相机镜头的工作距离、系统分辨率（及CCD像素尺寸）相关的。 四、像面大小和像质
所选工业相机镜头的像面大小要与相机感光面大小兼容，遵循“大的兼容小的”原则——相机感光面不能超出镜头标示的像面尺寸——否则边缘视场的像质不保。 像质的要求主要关注MTF和畸变两项。在测量应用中，尤其应该重视畸变。 五、光圈和接口 工业相机镜头的光圈主要影响像面的亮度。但是现在的机器视觉中，最终的图像亮度是由很多因素共同决定的：光圈、相机增益、积分时间、光源等等。所以为了获得必要的图像亮度有比较多的环节供调整。 工业相机镜头的接口指它与相机的连接接口，它们两者需匹配，不能直接匹配就需考虑转接。 六、成本和技术成熟度 如果以上因素考虑完之后有多项方案都能满足要求，则可以考虑成本和技术成熟度，进行权衡择优选取。 例如，要给硬币检测成像系统选配工业相机镜头，约束条件：相机CCD 2/3英寸，像素尺寸μm，C口。工作距离大于200mm，系统分辨率。光源采用白色LED光源。 基本分析如下： 1. 与白色LED光源配合使用的，镜头应该是可见光波段。没有变焦要求，选择定焦镜头就可以了。 2. 用于工业检测，其中带有测量功能，所以所选镜头的畸变要求小。 3. 工作距离和焦距 成像的放大率M=（）= 焦距f’=L*M/（M+1）=200*=17mm 物距要求大于200mm，则选择的镜头要求焦距应该大于17mm。 4. 选择镜头的像面应该不小于CCD尺寸，即至少2/3英寸。
机器视觉入门知识详解 随着工业4.0时代的到来，机器视觉在智能制造业领域的作用越来越重要，为了能让更多用户获取机器视觉的相关基础知识，包括机器视觉技术是如何工作的、它为什么是实现流程自动化和质量改进的正确选择等。小编为你准备了这篇机器视觉入门学习资料。 机器视觉是一门学科技术，广泛应用于生产制造检测等工业领域，用来保证产品质量，控制生产流程，感知环境等。机器视觉系统是将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。 机器视觉优势：机器视觉系统具有高效率、高度自动化的特点，可以实现很高的分辨率精度与速度。机器视觉系统与被检测对象无接触，安全可靠。人工检测与机器视觉自动检测的主要区别有：
为了更好地理解机器视觉，下面，我们来介绍在具体应用中的几种案例。 啤酒厂采用的填充液位检测系统为例来进行说明： 当每个啤酒瓶移动经过检测传感器时，检测传感器将会触发视觉系统发出频闪光，拍下啤酒瓶的照片。采集到啤酒瓶的图像并将图像保存到内存后，视觉软件将会处理或分析该图像，并根据啤酒瓶的实际填充液位发出通过-未通过响应。如果视觉系统检测到一个啤酒瓶未填充到位，即未通过检测，视觉系统将会向转向器发出信号，将该啤酒瓶从生产线上剔除。操作员可以在显示屏上查看被剔除的啤酒 瓶和持续的流程统计数据。
机器人视觉引导玩偶定位应用： 现场有两个振动盘，振动盘1作用是把玩偶振动到振动盘2中，振动盘2作用是把玩偶从反面振动为正面。该应用采用了深圳视觉龙公司VD200视觉定位系统，该系统通过判断玩偶正反面，把玩偶处于正面的坐标值通过串口发送给机器人，机器人收到坐标后运动抓取产品，当振动盘中有很多玩偶处于反面时，VD200视觉定位系统需判断反面玩偶数量，当反面玩偶数量过多时，VD200视觉系统发送指令给振动盘2把反面玩偶振成正面。 该定位系统通过玩偶表面的小孔来判断玩偶是否处于正面，计算出玩偶中心点坐标，发送给机器人。通过VD200视觉定位系统实现自动上料，大大减少人工成本，大幅提高生产效率。 视觉检测在电子元件的应用：
如何选择镜头 传统的135镜头其实一般都是按照焦段来分的，比较传统的大致分法是： 10－17mm为超广角－主要是拍摄风景，尤其是大场景，比如草原、沙漠、大海。 17－35mm广角－风景、人文，拍到此一游照的主力焦段，尤其是适合旅行拍摄。 35－135mm中焦－人文、人像。这个焦段里面85mm焦段尤其是被推崇为拍人像最佳的焦段，所以我们经常可以看见把85mm F1.8这样的镜头叫做人像头。50mm－这个焦段据说最符合人眼看出去的视角所以又成为标准焦距，我们经常把50mm的镜头叫“标头”就是这么来的。 135－200mm－长焦，比较适合人物特写、拍点儿荷花、舞台什么的等等135mm以上都算长焦了，一般常用的是到200mm就为止了，但是也有人喜欢拍野生动物、飞鸟的要用到300、400、甚至600mm这样的焦段。 微距——专门用来拍昆虫、花朵啊这些小东西的微距镜头。这个焦段比较特殊，但是品种很简单，尼康常见的就是60mm和105mm这两支微距镜头。 主要讲10－200MM这样的一个最常见、常用也可能是选镜头最头疼的焦段里面的镜头。 特别要强调一点儿的是：上面所说的焦距都是传统的135相机的焦段，实际上在数码时代这些焦段往往都要换算一下，焦段要乘以一个系数才是真正的实际焦段。比如尼康目前单反机身的系数都是1.5，佳能不同的机型不一样，D400是1.6，值得一提的佳能的5D和大兔子1Ds MARK II是全画幅的系数是1。所以一个尼康的85MM F1.4D这样的镜头，在D80这样的尼康数码相机上面其实是85x1.5大概是128MM的焦段，依次类推。这个系数的存在造成了一个很大的麻烦，就是以前传统的尼康135相机上面17－35MM这样的很广的广角焦段，在尼康的数码单反上面实际上变成了26—53MM这样的一个奇怪的焦段了，广角几乎没有了。这也就是为什么一些人会去买12－24MM这样的超广角在数码单反上面使用的原因。（12－24乘以系数之后正好是一个很传统的标准18－36MM广角焦段）。这也是为什么一些人推崇佳能的5D这样的全画幅相机的原因之一。 镜头的另外几种分法： 定焦和变焦——这个应该很好理解，定焦就是焦距恒定的，比如尼康的105mm微距镜头就是105mm定焦。变焦就是焦距可以调节的，比如尼康的17－35MM F2.8D镜头就是可以在17至35MM焦距之间自由变换。 狗头和牛头——这个是摄友叫的，厂家更多的是说“经济实用的普通头”和“成像优异的专业头”。不过，尼康和佳能都有一个成像又好价格又便宜，物美价廉的好头，那就是50MM F1.8。这两个厂商的这个头都绝对值得购买，这点儿是得到一致公认的。 了解了镜头大概的分类，选好自己喜欢的机身之后，开始买镜头之前，请先想一下这几个问题，当然有钱的朋友完全可以无视以下的问题。： 1、自己最多有多少预算？千万不要看几篇文章，看几个毒贴就随意的提高自己的预算，刚入门单反的朋友最好是先从实用出发，否则买一个牛头回来也不见得能发挥它的威力，又积压资金。 2、自己日常拍的最多的是什么？——参照前面写的，你喜欢拍人像就要选35－135这样焦段的镜头。喜欢拍风景、旅游就要选一个17－35焦段的广角。喜欢拍荷花、拍鸟就要考虑一个200mm焦段的镜头。 3、对成像的要求高不高？这个问题很大，到底怎样叫成像好？有很多标准，相关的口水仗自从有了镜头这个东西就在打。简单的说就是：成像清晰、色彩纯正、焦内锐利、焦外柔和、细节层次表现要好。我觉得这个就从自己拍照的目地分析就好了，比如只是拍着好玩，一般的镜头也就足够了，如果是想从事摄影工作，要拍广告什么的，那还是有必要上牛头的。 4、短期内半年会不会升级？一入单反的坑，无人永生。所以购买镜头的时候不妨考虑
机器视觉 基于visual C++ 的数字图像处理
摘要 机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。它通过图像摄取装置将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来获取信息。本文主要介绍的是数字图像处理中的一些简单应用，通过对图像进行滤波、增强、灰度变换、提取特征等处理来获取图像的信息，达到使图像更清晰或提取有用信息的目的。 关键字：机器视觉、灰度图处理、滤波、边缘提取、连通区域
目录 摘要 (2) 目录 (3) 1 概述 (4) 2技术路线 (4) 3实现方法 (5) 3.1灰度图转换 (5) 3.2 直方图均衡化 (6) 3.3均值滤波和中值滤波 (6) 3.4灰度变换 (7) 3.5拉普拉斯算子 (8) 4 轮廓提取 (9) 5 数米粒数目 (15) 6 存在的问题 ................................................................................................ 错误！未定义书签。 7 总结 ............................................................................................................ 错误！未定义书签。 8 致谢 ............................................................................................................ 错误！未定义书签。参考文献 . (17)
如果把摄像机比喻为人的眼睛，镜头就好比是眼球，它直接关系到监看物体的远近、范围和效果。镜头的选用应考虑一下几点： 1）镜头尺寸应等于或大于摄像机成像面尺寸。例如：1/3″摄像机可选1/3″～1″整个范围内的镜头，但水平视角的大小都是一样的。只是使用大于1/3″的镜头能够更多地利用成形，更精确了镜头中心光路，所以可提高图像质量和分辨率。 2）选用合适的镜头焦距。焦距越大，监看距离越远，水平视角越小，监视范围越窄；焦距越小，监看距离越近，水平视角越大，监视范围越宽。镜头焦距可按照以下公式估算。 f=A×L/H （f--镜头焦距；A--摄像机CCD垂向尺寸；L--被摄物体到镜头距离；H--被摄物体高度） 3）考虑环境光线的变化。光线对图像的采集效果起着十分重要的作用。一般来说，对于光线变化不明显的环境，我们常选用手动光圈镜头，将光圈手调到一个比较理想的数值后就可不动了；如果光线变化较大，如室外24小时监看，应选用自动光圈，能够根据光线的明暗变化自动调节光圈值的大小，保证图像质量。但需注意的是，如果光线照度不均匀，特别是监视目标与背景光反差较大时，采用自动光圈镜头效果不理想。 4）考虑最佳监看范围。因为镜头焦距和水平视角成反比，因此既想看得远，又想看得宽阔和清晰，这是无法同时实现的。每个焦距的镜头都只能在一定范围内达到最佳的监看效果，所以如果监看的距离较远且范围较大，最好是增加摄像机的数量，或采用电动变焦镜头配合云台安装。 5）镜头接口与摄像机接口要一致。现在的摄像机和镜头通常都是CS型接口，CS型摄像机可以和CS型、C型镜头配接，但和C型镜头接配时，必须在镜头和摄像机之间加接配环，否则可能碰坏CCD成像面的保护玻璃，造成CCD摄像机的损坏。C型摄像机不能和CS 型镜头配接。
机器视觉基本概念 2018.1.29 机器视觉系统 作用：利用机器代替人眼来做各种测量和判断。 它是计算机学科的一个重要分支，它综合了光学、机械、电子、计算机软硬件等方面的技术，涉及到计算机、图像处理、模式识别、人工智能、信号处理、光机电一体化等多个领域。 机器视觉系统的特点：是提高生产的柔性和自动化程度。在一些不适合于人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合，常用机器视觉来替代人工视觉；同时在大批量工业生产过程中，用人工视觉检查产品质量效率低且精度不高，用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度。而且机器视觉易于实现信息集成，是实现计算机集成制造的基础技术。可以在最快的生产线上对产品进行测量、引导、检测、和识别，并能保质保量的完成生产任务 视觉检测：指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分CMOS 和CCD 两种）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。是用于生产、装配或包装的有价值的机制。它在检测缺陷和防止缺陷产品被配送到消费者的功能方面具有不可估量的价值。 照明 照明是影响机器视觉系统输入的重要因素，它直接影响输入数据的质量和应用效果。由于没有通用的机器视觉照明设备，所以针对每个特定的应用实例，要选择相应的照明装置，以达到最佳效果。 光源可分为可见光和不可见光。常用的几种可见光源是白帜灯、日光灯、水银灯和钠光灯。可见光的缺点是光能不能保持稳定。如何使光能在一定的程度上保持稳定，是实用化过程中急需要解决的问题。另一方面，环境光有可能影响图像的质量，所以可采用加防护屏的方法来减少环境光的影响。 照明系统按其照射方法可分为：背向照明、前向照明、结构光和频闪光照明等。其中，背向照明是被测物放在光源和摄像机之间，它的优点是能获得高对比度的图像。前向照明是光源和摄像机位于被测物的同侧，这种方式便于安装。结构光照明是将光栅或线光源等投射到被测物上，根据它们产生的畸变，解调出被测物的三维信息。频闪光照明是将高频率的光脉冲照射到物体上，摄像机拍摄要求与光源同步。 镜头 FOV（Field of Vision）=所需分辨率*亚象素*相机尺寸/PRTM（零件测量公差比） 镜头选择应注意： ①焦距②目标高度③影像高度④放大倍数⑤影像至目标的距离⑥中心点/节点⑦畸变
Canon镜头选择宝典 关于镜头的“三大纪律，八项注意” “三大纪律” 1、镜头是用来摄影的，不是用来烧钱的。“器材派”使摄影变成镜头的鉴赏与收藏的艺术，本末倒置，不可取。然而，谈论器材，交流心得，也是一种乐趣。乐趣并非在于拥有。 2、那怕有再好的镜头，最重要的是镜头后面的那颗头。镜头是手段，不是目的。更多的精力应该放在如何用好镜头，拍出好片。这里有很多镜头使用上的讨论供参考。 3、镜头的测试，见好就收。为了测试拍片，可以永无休止。砍柴磨刀，磨起来容易上瘾，但别误了砍柴的大事。 “八项注意” 1、镜头比机身重要。有限的资金，应该投资到无限的镜头。最终镜头决定一切。镜头的成像，差别可是明显的。买机身的终极问题，是如何省下机身钱买好镜头。今天最低档的DSLR机身，已经足具专业摄影的基本要求，从品质上讲可拍出完全专业的图片。对于非专业人士，某些特殊功能以及全金属防水机身完全多余。机身发展太快，切不可当作耐用品。18个月推出一代，淘汰很快。在成像，打印，大屏幕显示技术的驱动下，要有三五年换机身的思想准备。好的镜头则不同，可用“一辈子”。此外，好的镜头在二手市场也比较保值。 2、Canon18-55mm套头只是个入门用的过渡教练头，如有可能，最好借一个或买个二手的，能省就省。人们对它的持有期较短。如果
还在频繁地使用，说明使用者尚未脱离DSLR入门阶段，没有充分了解镜头对摄影的重要性。 3、Canon50mm/F1.8II是个性价比优异的好头。成像质量可与专业L头比拟。省下套头的钱刚好可以买下这个标准镜头。如果手头不宽裕，暂时买不下较好的变焦头，用这个标头可以拍出DSLR味道十足，非常专业的好片。 4、“一镜走天下”没有好结果。光学工艺限制了好镜头的变焦比为三到四倍。18-200mm用起来很方便，但出片很软（不清晰），尤其在长焦段。毕竟，DSLR的功能和乐趣也在于能够更换镜头。 5、光圈越大，镜头越贵。F2.8比F4价高一倍，但光圈开到F2.8时，镜头的成像不可能保证与F4一样出色。选择镜头要考虑特大光圈是否真的常用，以避免浪费。如果只是想过一把大光圈的瘾，廉价的50mm/F1.8比F2.8痛快！ 6、相对便宜的镜头，光圈收小二到三档，通常在F8和F11，解像力会接近好镜头。但使用者失去了好镜头在较暗光线，较高运动速度，较小景深拍摄条件下的技术保障。即便好镜头，光圈收小二到三档，通常会有最佳表现。 7、防抖的IS镜头很实用，没有它时，三脚架或独脚架则很实惠。 8、慎重考虑价格较高的EF-S镜头（只能用于APS-C幅面）。如果要买，也不建议长期持有。机身过渡到5D那样的全幅是大势所趋。待到升级，EF-S就成了废物。看看今天，还有多少人在使用只能手动对焦的A-1和它的镜头？
热点论坛 Column 专栏 29 2006年2月刊 自动化博览 Selection Technique of Lens in Machine Vision System 1 概述 光学镜头一般称为摄像镜头或摄影镜头，简称镜头，其功能就是光学成像。镜头是机器视觉系统中的重要组件，对成像质量有着关键性的作用，它对成像质量的几个最主要指标都有影响，包括：分辨率、对比度、景深及各种像差。镜头不仅种类繁多，而且质量差异也非常大，但一般用户在进行系统设计时往往对镜头的选择重视不够，导致不能得到理想的图像，甚至导致系统开发失败。本文的目的是通过对各种常见镜头的分类及主要参数介绍，总结各种因素之间的相互关系，使读者掌握机器视觉系统中镜头的选用技巧。 2 机器视觉系统中常用镜头的分类 (1) 根据有效像场的大小划分 把摄影镜头安装在一很大的伸缩暗箱前端，并在该暗箱后端安装一块很大的磨砂玻璃，当将镜头光圈开至最大，并对准无限远景物调焦时，在磨砂玻璃上呈现出的影像均位于一圆形面积内，而圆形外则漆黑、无影像。此有影像的圆形面积称为该镜头的最大像场。在这个最大像场范围的中心部位，有一能使无限远处的景物结成清晰影像的区域，这个区域称为清晰像场。照相机或摄影机的靶面一般都位于清晰像场之内，这一限定范围称为有效像场。由于视觉系统中所用的摄像机的靶面尺寸有各种型号，所以在选择镜头时一定要注意镜头的有效像场应该大于或等于摄像机的靶面尺寸，否则成像的边角部分会模糊甚至没有影像。 根据有效像场的大小分类见表1。 表1 分类 (2) 根据焦距分类 根据焦距能否调节，可分为定焦距镜头和变焦距镜头两大类。依据焦距的长短，定焦距镜头又可分为鱼眼镜头、短焦镜头、标准镜头、长焦镜头、超长焦五大类。需要注意的是焦距的长短划分并不是以焦距的绝对值为首要标准，而是以像角的大小为主要区分依据，所以当靶面的大小不等时，其标准镜头的焦距大小也不同。变焦镜头上都有变焦环，调节该环可以使镜头的焦距值在预定范围内灵活改变。变焦距镜头最长焦距值和最短焦距值的比值称为该镜头的变焦倍率。变焦镜头有可分为手动变焦和电动变焦两大类。 变焦镜头由于具有可连续改变焦距值的特点，在需要经常改变摄影视场的情况下非常方便使用，所以在摄影领域应用非常广泛。但由于变焦距镜头的透镜片数多、结构复杂，所以最大相对孔径不能做得太大，致使图像亮度较低、图像质量变差，同时在设计中也很难针对各种焦距、各种调焦距离做像差校正，所以其成像质量无法和同档次的定焦距镜头相比。 实际中常用的镜头的焦距是从4毫米到1000毫米的范围内有很多的等级，如何选择合适焦距的镜头是在机器视觉系统设计时要考虑的一个主要问题。光学镜头的成像规律可以根据两个基本成像公式即牛顿公式和高斯公式来推导，对于机器视觉系统的常见设计模型，一般是根据成像的放大率和物距这两个条件来选择合适焦距的镜头的，在此给出一组实用的计算公式： ? 放大率：m=h’/h=L’/L ；? 物距：L = f(1+1/m)； 有效像场尺寸 3.2mm ×2.4mm （对角线4mm ） 4.8mm ×3.6mm （对角线6mm ）6.4mm ×4.8mm （对角线8mm ）8.8mm ×6.6mm （对角线11mm ）12.8mm ×9.6mm （对角线16mm ）21.95mm ×16mm （对角线27.16mm ）10.05mm ×7.42mm （对角线12.49mm ）36mm ×24mm 40mm ×40mm 80mm ×60mm 82mm ×56mm 240mm ×180mm 电视摄像镜头电影摄影镜头照相镜头 镜头类型 1/4英寸摄像镜头 1/3英寸摄像镜头1/2英寸摄像镜头2/3英寸摄像镜头1英寸摄像镜头 35mm 电影摄影镜头 16mm 电影摄影镜头135型摄影镜头127型摄影镜头120型摄影镜头中型摄影镜头大型摄影镜头 机器视觉系统 中镜头的选用技巧 王亚鹏（1972－） 男，河北安平人，现就职于中国大恒（集团）有限公司北京图像视觉技术分公司任副总工程师、开发部经理，研究方向为机器视觉、模式识别。 （中国大恒（集团）有限公司北京图像视觉技术分公司，北京 100080） 王亚鹏 机器视觉
工业镜头的基本参数 工业镜头相当于人眼的晶状体，如果没有晶状体，人眼看不到任何物体；如果没有镜头，那么摄像头所输出的图像；就是白茫茫的一片，没有清晰的图像输出，这与我们家用摄像机和照相机的原理是一致的。 当人眼的肌肉无法将晶状体拉伸至正常位置时，也就是人们常说的近视眼，眼前的景物就变得模糊不清；摄像头与镜头的配合也有类似现象，当图像变得不清楚时，可以调整摄像头的后焦点，改变CCD芯片与工业镜头基准面的距离(相当于调整人眼晶状体的位置)，可以将模糊的图像变得清晰。 由此可见，镜头在闭路监控系统中的作用是非常重要的。工程设计人员和施工人员都要经常与镜头打交道:设计人员要根据物距、成像大小计算镜头焦距，施工人员经常进行现场调试，其中一部分就是把镜头调整到最佳状态。 一．工业镜头的安装尺寸，接口 所有的摄象机镜头均是螺纹口的，CCD摄象机的镜头安装有两种工业标准，即C安装座和CS安装座。两者螺纹部分相同，但两者从镜头到感光表面的距离不同。 C安装座:从镜头安装基准面到焦点的距离是17．526mm。 CS安装座:特种C安装，此时应将摄象机前部的垫圈取下再安装镜头。其镜头安装基准面到焦点的距离是12．5mm。如果要将一个C安装座镜头安装到一个C S安装座摄象机上时，则需要加装一个5mm厚的接圈。 二．镜头的尺寸 以摄象机镜头尺寸分镜头可以分为1英寸、2／3英寸、1／2英寸、1／3英寸、1／4英寸、1／5英寸等规格，下面是一个简单的芯片尺寸规格表: 格式1英寸2/3英寸1/2英寸1/3英寸1/4英寸 高度9.6mm 6.6 mm 4.8 mm 3.6 mm 2.4 mm 宽度12.8 mm 8.8 mm 6.4 mm 4.8 mm 3.2 mm 摄像机镜头规格应视摄象机的CCD尺寸而定，两者应相对应。大概: ★摄像机的CCD靶面大小为1／2英寸时，镜头应选1／2英寸。 ★摄像机的CCD靶面大小为1／3英寸时，镜头应选1／3英寸。 ★摄像机的CCD靶面大小为1／4英寸时，镜头应选1／4英寸。 如果镜头尺寸比摄像机CCD靶面尺寸大时，将使图像视野比镜头视野小，即不能很好地利用镜头的视野；如果镜头尺寸比摄像机CCD靶面尺寸小时，将发生“隧道效应”，即图像有圆形的黑框，像在隧道里拍的一样。 监控相机一般都比较小，甚至小于1/3英寸；工业相机稍微大一些，一般1/2英寸到1英寸不等；传统的135相机底片比当前的一般感光芯片都大，36mm×24mm(1.4英寸×0.9英寸)，画面对角线长度为43mm(1.7英寸)，即是1.7英寸的，120中幅相机，其感光面尺寸有三种:45