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​机器视觉检测的“眼睛”——镜头

发布日期:2019-01-14 作者: OPENEX

机器视觉检测的“眼睛”——镜头

2019年1月9日镜头在光学筛选机机器视觉检测中扮演着重要角色,在我们深入学习机器视觉检测原理之前,需要了解一些关于镜头的基础知识。、

一、 什么是镜头
任何一种镜头的基本用途都是收集物体所散射的光线,并在光敏“传感器”上重现物体的图像。 在视觉检测选择光学器件时,必须考虑某些参数,包括成像的区域的大小(视野)、物体或感兴趣特征的厚度(景深)、镜头与物体之间的距 离(工作距离)、光源亮度以及光学器件类型(远心 / 近心 / 环外侧)等。

机器视觉检测.png


二、 镜头的重要参数

玩摄影的朋友都知道,镜头几个基本的参数包括焦距(长焦,广角,变焦范围),F值(表征透光率)等。 而光学检测所用的工业用镜头与之相比,更关注以下几个参数:

1、 焦距f
光学系统的焦距用于衡量光学系统汇聚或发散光线的能力。
光学筛选机对于常用的光学系统,焦距是从无穷远处射来的平行光线汇聚到一点所经过的距离。焦距将根据镜头的厚度程度不同而各不相同,膨胀程度越 大焦点距离越短。

光学筛选机.png 

对于机器视觉中所使用的光学系统,远处物体反射的光线被聚焦到传感器平面,焦距也可被视为衡量传感器上成像面积大小(视野)的 指标:焦距越长,视场越小,反之亦然。

指标:焦距越长,视场越小,反之亦然。

机器视觉检测.png

2、 工作距离(WD) 图像最精准对焦时物体到镜头的距离。

3、 视野
视野(FoV),是指可由镜头观察并成像到相机传感器的总面积, 也指工作距离范围中的拍摄范围。视觉检测中,拍摄对象和镜头的工作距离越 长,则视野越广。另外,视野的广度也与镜头的焦距有着密切的关系。相对于视野,使用镜头可以拍摄的范围的角度,我们称为视角。对于变 焦镜头来说,其他参数相同的情况下,镜头的焦距越短,则视角越大,视野也就越广。相反,焦距越长,则可以放大远处的拍摄对象。

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4、 景深(DoF) 景深是物体能够进行适当对焦的最大范围,也就是物体在容许对焦情况下的最近位置与最远位置之间的范围。严格来说,在对焦位置只有一 个,只不过肉眼在一定的范围内觉得图像能够清晰成像,我们将此范围称为景深。 最终的景深需要实测才能知道。因为除了镜头本身的结构外,影响景深的因素还有很多:
1. 光圈越小,景深越大。
2. 焦距越短,景深越大。
3. WD工作距离越远,景深越大。

3. WD工作距离越远,景深越大。

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而对于光学检测中的定焦镜头来说,光圈(孔径)对景深有着更大的影响。5、 光圈(F值)

F值可以通过光圈的直径d和焦距f进行计算
F/# =f/d
典型的 F 值有 F/1.0、F/1.4、F/2、F/2.8、F/4、F/5.6、F/8、F/11、F/16 和 F/22 等。F 值每增加一次(孔径更小),入射光线便会减少 二分之一。而光圈与景深之间存在着以下的关系:

06.png

F/8 是一个常用的 F 值,因为较小的孔径可能引起衍射极限,而具有较大孔径的镜头则会更多地受到光学像差和畸变的影响。



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