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机械视觉检测基础——镜头篇
2023-05-19
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一,什么是镜头?

单一讲镜头就是在其一端网络物体的光线,并将光线在另一端汇聚为实像,并投影到接管面的物体。此时,汇集光线的点称为焦点,镜头中心到焦点的距离称为焦点距离。 


当镜头为凸镜时,焦点距离将凭据镜头的厚度(膨胀)水平分歧而各不一样,膨胀水平越大焦点距离越短。

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二,镜头的沉要参数

镜头几个根基的参数蕴含焦距(长焦,广角,变焦领域),F值(表征透光率)等。 

而工业用镜头与之相比,更关注以下几个参数:


1,WD(Work Distance,工作距离)

WD暗示焦点对准拍摄对象时,镜头顶端到拍摄对象的距离。也称为作动距离。 
当为 CCD 时,比例公式工作距离:视野=焦点距离:CCD 尺寸成立。


2,焦点距离(焦距)

FA(Factory Automation) 镜头中有代表性的镜头为焦点距离为 8 mm /16 mm /25 mm /50 mm等规格的镜头。 
凭据想要拍摄的拍摄对象所需的视野和焦点距离,能够求出对焦地位=WD(工作距离)。

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WD 和视野的大幼由镜头的焦点距离和 CCD 的尺寸来决定。 

例如:焦点距离为 16 mm 镜头,CCD 尺寸 3.6 mm 时,若是想把视野设为 45 mm,则 WD 变为 200 mm。


3,视野

视野指工作距离领域中的拍摄领域。通常来说,拍摄对象和镜头的工作距离越长,则视野越广(视野角)。另表,视野的广杜咨镜头的焦点距离来决定。相对于视野,使用镜头能够拍摄的领域的角度,我们称为视角或者视野角。镜头的焦点距离越短,则视角越大,视野也就越广。相反,焦点距离越长,则能够放大远处的拍摄对象。

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4,景深

景深是支使人感触镜头对焦的深度领域(拍摄物体侧的距离)。领域较大时,称为「景深深」,相反领域较幼时称为「景深浅」。严谨的来说,对焦地位只有一个,只不外肉眼在肯定的领域内感触图像可能清澈成像,我们将此领域称为景深。

如下图所示,我们在拍摄斜面上粘贴暗示高度的胶带的这个对象时,针对换大光圈的情况和调幼光圈的情况进行比力。

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最终的景深必要实测能力知路。由于除了镜头自身的结构表,影响景深的成分还有好多:

1. 镜头自身。

2. 光圈越幼,景深越大。

3. 照明越亮,景深越大。(快门速度越慢,景深越大)

4. 焦距越幼,景深越大。

5. WD工作距离越大,景深越大。

6. CCD的单个像素直径越大,景深越大。


5,镜头的分辨率
镜头的分辨率不但使用在图像处置中,它是指所有光学丈量仪器中使用的镜头能够观察的最幼距离。如分辨率为 10 μm 的镜头,能够清澈的观察线宽为 10 μm、间距为 10 μm 并列条纹线。分辨率不实时,人们感触 2 根线如同沉叠在一路。这时辰,必要更高分辨率的镜头。


6,镜头的倍率
所谓倍率,是指检测对象的现实大幼与通过光学丈量仪器成像大幼的比率。以往在通过显微镜的接眼部观察时,我们使用光学倍率这一概想,但是近年出处于能够将观测对象物显示在液晶显示器上的系统不休增多,显示器倍率这一概想也已经遍及。

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7,F值

F 值(或者光圈值)是指暗示镜头的明亮度的基准。正确的来说,就是镜头的焦点距离除以镜头直径(口径)得到的值。F 值的「F」起源于 focal (焦点的)这个词。

事实上,镜头并不会让所有光线都透过,其中的一部门会反射。并且,为了削减像差使用多个镜头时,透过的光量会变少。

因而,光的透过量较多,能够获得明亮成像的镜头我们称为「亮」,相反光的透过量较镜头则称为「暗」。镜头的焦点距离和直径的关系,是能够大大影响镜头明暗的身分之一,也即 F 值。这个值较幼的镜头称为「亮镜头」,较大的镜头称为「暗镜头」。通常的幼型相机城市在镜头旁刻上「F = 2.5」「1:2.5」的象征,这就暗示 F 值为 2.5。

在相机镜头的机能上,若是 F 值达到 2.0 左右,则暗示这个相机的明亮等级极度高。


8,曲解像差(失真)

曲解像差(失真)暗示通过镜头成像的图像产生曲解的状态。 
事实上不存在状态美满的镜头。因而,固然从理论上来说,直射光通过镜头后会沿着直线传布,而现实上光通过镜头后会向表侧或者内侧曲解。前者称为「桶形失真」,后者称为「枕形失真」。一个镜失真的参数以百分比暗示。

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 三,远心镜头

各人都有这种印象,一个物体在人眼看来,会有近大远幼的景象。这是由于物体近的时辰,在视网膜上投影大,幼的时辰,投影幼。镜头也是一样,由于近大远幼的原因,会产生误差。出格是在做尺寸丈量的时辰,就尤其关键。

为相识决这个问题,就产生了远心镜头。单一讲就是不会由于WD工作距离的远近而在投影端产生大幼变动的的镜头。
对于有厚度测产品,也会照出截面的成效。

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远心镜头重要利用于精密丈量。在精密光学丈量系统中,由于通常光学镜头会存在肯定的造约成分,如影像的变形、视角选择而造成的误差、不适当光源滋扰下造成天堑的不确定性等问题,进而影响丈量的精度。而远心镜头(Telecentric镜头)能有效降低甚至解除上述问题,因而Telecentric镜头已经成为精密光学量测系统决定性的组件,其利用领域也越来越宽泛。

远心镜头和通常镜头的单一对好比下:


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