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机械视觉设计者若何选择相宜的镜头?
2025-06-28
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对于机械视觉系统设计者来说 ,由于市场上存在诸多分歧类型、分歧分辨率和分歧图像失真个性的镜头产品可供选择 ,因而针对某一特定利用 ,在选择镜头时进行性价比衡量 ,变得越发复杂。

定焦镜头由于成本便宜 ,依然是很多机械视觉系统的中流砥柱;同时市场上也存在着其他诸多镜头选择 ,蕴含变焦距、缩放、远心、360°光学和液体等镜头产品 ,每种镜头都在满足特定利用方面拥有自身的怪异优势。

确定焦距

在选择任何特定的镜头之前 ,必须确定其焦距。焦距的选择取决于成像缺点所要求的分辨率、被成像物体的大幼以及物体与相机的距离。这里所说的焦距 ,是指镜头的光心和相机的图像传感器之间的距离。


通过扭转镜头的焦距 ,能够获得分歧大幼的视。‵OV)。选择镜头的正确焦距 ,取决于物体距相机/镜头系统的工作距离、所要求的视场和图像传感器的尺寸 ,镜头的焦距可由以下公式确定:焦距=放大倍数×工作距离/(1+放大倍数)其中 ,放大倍数= 传感器尺寸/FOV。

因而 ,对于一样的工作距离 ,传感器尺寸越大 ,产生的视场也越大

在选择镜头时 ,镜头的分辨率必必要与相机图像传感器的个性相匹配。

要做到这一点 ,必必要相识相机中使用的图像传感器的个性。相机的分辨率取决于图像传感器的像素尺寸 ,其能够依照线对/mm(lp/mm)的方式推算如下:1000(lp/mm)/2×像素尺寸(μm)

定焦or变焦?

定焦镜头由于使用更少的光学元件、拥有低光学失真和相对便宜蹬着点 ,在机械视觉系统中被宽泛使用。然而 ,在某些利用中 ,可能必要扭转视场 ,出格是系统设计可能会随功夫而扭转的情况 ,或是系统集成商必要为某一利用确定相宜的焦距的情况。在这种情况下 ,能够选择变焦距镜头。分歧于缩放镜头(zoom)在焦距扭转时维持焦点地位不变 ,变焦距镜头必要沉新对焦 ,同时允许对分歧的视场进行成像。


放大

只管缩放镜头在机械视觉利用中并不常见 ,但这类镜头时时被用于显微成像蹬爪用中 ,以提供手动或电机节造的图像放大。通过使用这种缩放镜头 ,操作人员无需更换镜头就能在必要的放大率下查抄零件;或者不必要在一个镜头盘上装置多种类型的镜头(这样能在不装卸镜头的情况下扭转放大率)。使用缩放镜头 ,能够实现检测系统的自动化 ,从而系统能够被编程 ,进而无需更换镜头或旋转镜头盘 ,就能在低放大率下观察整个场景、并放大特定细节。


远心设计

对于传统镜头 ,物体距离相机越近 ,图像看起来越大;物体距离相机越远 ,图像看起来越幼。这在高精度丈量利用中是一个不利成分 ,由于图像处置软件将凭据所捕获的图像来丈量零件的参数。为了克服这个问题 ,系统开发人员能够使用远心镜头 ,以便获得大幼一样的物体图像 ,图像大幼与物体在空间中的地位无关。


一个物体可能在多大的领域内移动、并且其成像后依然看起来大幼一样 ,这个距离称为放大景深。放大景深与图像清澈度景深分歧 ,后者是我们通常所理解的景深。

相迸宗传统镜头 ,远心镜头通常体积较大且比力昂贵 ,由于它必要较多的镜头元件 ,并且镜头必要与被成像的物体一样大。目前市场上有三种类型的远心镜头——物方远心镜头、像方远心镜头和双远心镜头。

固然很多造作商都提供这三种类型的远心镜头 ,但是像方远心镜头更常用于图像投影设备中 ,在机械视觉领域的利用较为少见。例如在光刻系统中 ,投影镜头是典型的像方远心镜头 ,用于将光刻掩模成像到硅晶片上。这种像方远心镜头的利益是 ,它们能在视场领域内提供均匀的光透射。

在机械视觉系统中 ,最常用的远心镜头是物方远心镜头和双远心透镜。物方远心镜头比双远心镜头必要更少的镜头元件 ,因而也越发便宜。

物方远心透镜在物体侧是远心的;而双远心镜头在物体侧和成像侧都是远心的 ,即便在相机内的成像器不能保障总是处于光路中的精确地位的情况下 ,双远心镜头也能提供恒定的放大率。这种双远心镜头时时与准直背光照明器一路使用 ,以保障高对比度图像 ,从而实现精确的图像丈量。

降低相机成本

对于饮料、造药和化妆品检测蹬爪用 ,必须在零件沿传送带高速移动时对其进行高速检测。要做到这一点 ,必须成立一套能对物体的侧面、顶部甚至容器内部成像的系统 ,以探测缺点。当然 ,实现这项工作也有很多分歧的步骤。


使用多台相机成像物体的顶部和侧面 ,能够实现这个工作。在这里 ,能够使用多台相机、装置支架和软件校准法式;蛘 ,物体能够萦绕单台线阵相机或面阵相机的视场旋转 ,以捕获物体的360°全方位图像。这种步骤必要越发复杂的机械工程 ,由于在实现合格/不合格判定之前 ,物体必须执行终场、旋转和检测等工序。

电动调焦

固然传统镜头能够用来对距离相机分歧距离的物体成像 ,但是若是高度分歧的物体呈此刻成像系统中 ,镜头将必要沉新聚焦。固然能够在自动化出产线上进行手动调焦 ,但这必要针对分歧的焦距沉新设置相机。手动调节一方面会必要调节功夫 ,导致;Ψ蛟龀;另一方面 ,若相机和镜头装置在设备上难以达到的区域 ,那么手动调节工作也会极度难题。


只管目前可用的镜头可能满足很多机械视觉利用的需要 ,但是更专业的机械视觉系统可能必要定造的镜头和涂层。
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