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工业市场上镜头主要参数解析

        进入视觉行业多年,工作中每天都跟镜头打交道,惭愧尚不能将镜头的知识说的完整清楚。最近看到Computar公司、奥普特公司、凌云公司的产品手册,里面关于镜头的知识点讲解的深入浅出,系统完整,故整理下,以备今后查验。里面加了少许个人的见解。

1.焦距

镜头焦距是指镜头光学后主点到焦点的距离,是镜头的重要性能指标。镜头焦距的长短决定着拍摄的工作距离、成像大小、视场角大小及精深大小。一般常用的镜头的焦距为4mm,6mm,8mm,12mm,16mm,25mm,35mm,50mm。

2.光圈,也叫相对孔径

相对孔径是指镜头入瞳直径与焦距的比值,光圈是相对孔径的倒数。通过调节镜头的光圈大小,可以控制镜头的入光量,图像的亮度随之而变化。

3.视场角

视场是指镜头能观测到的实际范围的物理尺寸。在一般应用中,镜头的视场大小和相机的分辨率,决定了视觉系统所能达到的视觉检测精度。

以被测目标的物象可通过镜头的最大范围的两条边缘构成的夹角,成为视场角。

4.工作距离

目标和镜头之间的距离叫做镜头的工作距离,实际使用时需要注意的是,一个镜头不能对任意物距下的目标都清晰成像,所以镜头的工作距离是个有限的范围。

5.最大兼容CCD尺寸

所有镜头都只能在一定的范围内清晰成像,最大兼容CCD尺寸指镜头能支持的最大清晰成像的范围。在实际选择相机和镜头时,要注意所选择的镜头的最大兼容CCD尺寸要大于或等于所选择的相机芯片的尺寸。(李大拿认为下表中1英寸镜头和2/3英寸镜头是可以匹配1/4英寸相机的)

6.景深

一个镜头在垂直方向上,能清晰成像的空间距离,称为景深。超出景深范围的目标,成像模糊,已不能接受。一般来说,镜头的焦距越短,景深越大;焦距越长,景深越小。对同个镜头,光圈越大,景深越小;光圈越小,景深越大

7.畸变

镜头在成像时,特别是用短焦镜头拍摄大视场时,图像会产生形变,这种情况叫做镜头的畸变,这是由于镜头的光学结构和成像特性使然。拍摄的视场越大,所用镜头的焦距越短,畸变的程度越明显。


8.光学接口

相机和镜头的连接方式即为镜头的光学接口,业内对光学接口已经形成了标准的规范。例如C口,CS口,F口和K口。其中CS口可以转换成C口,但是C口不能转换成CS口。一般在工业应用中,C口和CS口应用在面阵相机上,F口应用在线阵相机上。


 

 

C口相机

CS口相机

C口镜头

ok

ok*

CS口镜头

no

ok

*需要一个5mm的节圈

9.镜头的分辨率

是指两点间在无法识别前,能靠近的最近距离测量值,是衡量镜头将非常靠近的点、线、及物体表面作为单独图元进行成像的能力。

10.镜头的分类

从不同的角度出发,镜头就有不同的分类方法:

按功能分类,分为定焦镜头、变焦镜头、定光圈镜头

按视角分类,分为普通镜头、广角镜头、远摄镜头

按焦距分,分为短焦镜头、中焦镜头、长焦镜头

按用途分,分为显微镜头、远心镜头、CCTV镜头、百万像素镜头

11.镜头的调制传递函数(MTF)

MTF和畸变是评价像质的两个重要参数。

MTF是指在成像过程中的对比度衰减因子。实际镜头成像得到的像与实物相比,成像出现模糊化,对比度下降,通常用MTF来衡量成像优劣。(左边是CCTV镜头,右边是FA百万像素镜头)




图中横坐标是空间频率,纵坐标是MTF值。由于实际成像中总有像差存在,成像的对比度总是下降的,作为对比度衰减因子的MTF也总是小于1的。像面上任意位置的MTF值都是空间频率的函数。一般空间频率越高,MTF值越低,意味着高频信息对比度衰减更快。

12.工作波长与透过率

每只镜头都只能对一定波长范围内的电磁波进行成像工作,这个波长范围通常称为镜头的工作波长。常见镜头工作在可见波段(360nm---780nm),还有紫外或红外镜头等。