综述

机器视觉所需要的信息都是要通过镜头来搜集的,通过选用合适的镜头,可以减少系统图像处理的要求,提高系统性能和稳定性;如果镜头搜集信息有限,软件只负责处理,也无法纠正其信息;

一 镜头的基本原理

图像处理就是对图像数据信息的处理,图像数据可以理解为非常的多的数字组成,这些数字不是无端生出的,而是将进入摄像原件的光转换成电子信号,并将其转换成数字数据进行处理;其中最重要的部分就是将光汇集到摄像元件的镜头;
镜头根据光的折射原理,可以将来自拍摄对象的光汇集到一点后成像,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距,当镜头为凸透镜时,焦距将根据镜头的厚度(膨胀)程度不同而不相同,膨胀程度越大,焦距越短。

二 镜头工作距离和视野

工作距离(WD)也称为物距,表示焦点对准拍摄对象时,镜头顶端到拍摄对象的距离。
视野(FOV)是工作距离范围的拍摄范围。相对于视野,使用镜头可以拍摄的范围的角度称为视角或者视野角

三 景深(DOF)

在焦点前后,光线开始聚集和扩散,点的影象变成模糊的,形成一个扩大的圆,这个圆就叫做弥散圆。
在实际应用中,如果弥散圆的直径小于镜头的鉴别能力,在一定范围内实际影象产生的模糊是不能辨认的。这个不能辨认的弥散圆就称为容许弥散圆。

在焦点前后各有一个容许弥散圆,这两个弥散圆之间的距离就叫景深,即:在被摄主体(对焦点)前后,其影像仍然有一段清晰范围的,就是景深。


景深与镜头使用光圈、镜头焦距、拍摄距离以及对像质的要求有关。这些主要因素对景深的影响如下(假定其他的条件都不改变):
镜头光圈:光圈越大,景深越小;光圈越小,景深越大;
镜头焦距:镜头焦距越长,景深越小;焦距越短,景深越大;
拍摄距离:距离越远,景深越大;距离越近,景深越小。

四 镜头的主要参数 焦距/倍率


镜头中心到焦点的距离称为焦距,镜头中有代表性的镜头焦距有8mm/16mm/25mm/50mm等;焦距是衡量镜头功能的基本参数,但是也不是所有镜头都用焦距来描述的;
镜头从视场角度来分,可以分为普通镜头/远心镜头/显微放大镜头等,只有普通镜头用焦距来描述的;其他的都是用倍率描述;

五 F数(f/#)

       在光学镜头中,装有一个大小可调的可变光圈。通过调节光圈可以控制进入镜头中的光能量。

相对孔径:镜头入射孔径与镜头焦距的比值。
F数:相对孔径的倒数,称为F数,表达光圈的大小,通常用F数来表示,如f1.8、f2.8等
F数可以决定图像的亮度,景深,镜头的分辨率();F数又称为镜头速度,F数小的镜头速度快。因为拍摄的曝光时间△t 正比于F数的平方。F数越大,速度越慢(不适合高速应用场合)。因为光圈小,需要更多的时间收集光源。但有较大的景深。
F数还能表征镜头的分辨率,F数越小,能分辨两点间的距离越小,即分辨率越高但景深很小。

六 镜头分辨率

镜头清晰度是分辨细节的能力,严格意义上来说为解像率或分辨率,具体是指在成像平面上1毫米间距内能分辨开的黑白相间的线条对数,单位是“线对/毫米”(lp/mm,line-pairs/mm)。
镜头对黑白等宽的测试线对图并不是无限可分辨的。当黑白等宽的测试线对密度不高的时候,成像平面处黑白线条是很清晰的。当黑白等宽的测试线对密度提高时,在成像平面处还是可以分辨出黑白线条,但是白线已不是那么白了,黑线也不是那么黑了,白线黑线的对比度就会下降。当黑白等宽的测试线对密度提高到某一程度,在成像平面处黑白线的对比度非常小,黑白线条都变成了灰的中间色了,这就到了镜头分辨的极限;如图所示:

上图可以看出,一副清晰的图片,而另一张就显得模糊,就是因为分辨率达不到,从而无法显示细微之处,黑白的对比度不明显,就造成图像的模糊;

七 光学尺寸

ccd芯片是将光信号转换成电信号的芯片,如在数码相机、摄像机中,将我们看到的光信号转换成电信号在经过处理,变成我们看到的数码照片。
而镜头光学尺寸指的是镜头最大能兼容多大CCD芯片尺寸,相机之所以能成像是因为镜头把物体反射的光线打到了CCD芯片上面。直白点说就是镜头的镜片直径(严格的说叫设计相面尺寸)要大于CCD芯片尺寸。一般常见镜头的相面尺寸有1/3英寸、1/2英寸、2/3英寸、1英寸等,其中1/3英寸和1/2英寸常用于监控行业,成本较低,分辨力也较低。下图是各种相面尺寸对应的实际尺寸。镜头光学尺寸选择的依据是镜头相面尺寸大于等于CCD尺寸即可。

八 畸变

镜头有各种像差,例如球差、慧差、色差等等都会降低镜头的成像质量。为了校正这些相差,镜头的设计采用了各种办法,例如用两种不同的折射率光学材料校正色差等等,
因此,一个好的镜头可能设计使用11片透镜或更多。较差的镜头也有5到7片透镜,镜头本身的设计目标不同决定了各种像差消除的结果不同。
畸变则是由于放大率随到光轴中心的距离变化造成的,随着像点的远离,物体上对应的点离镜头中心的距离实际在增加,也就是说成像会聚的点在像面之前,像面上探测到的图像实际已经离焦,看起来就比原来的图像大。离轴线越远,这个现象越严重。这就造成了图像的畸变,根据每个镜头的特性,我们很容易校正畸变。
实际上,如果你用机器视觉来做精密的测量,你首先要做的就是畸变的校正。焦距越短,越难以校正畸变。(畸变矫正后期单文补充,目前还在学习中)

九 镜头分类


按接口分类的话即:

  1. C口:镜头的标准接口之一,镜头的接口螺纹参数:1”螺距。
    1. CS接口:与C口的区别仅仅在于镜头定位面到图像传感器的距离不同,C接口是17.5mm,CS是12.5mm。C口的镜头配CS接口的相机需要增加一个5mm的接环。
  2. F口:一般工业相机的CCD的尺寸超过1”时,使用F口。

按等焦距分:
4. 广角镜头:焦距小于50mm的镜头,特点是最小工作距离短,视角大,常常表现为桶形畸变
5. 中焦距镜头:焦距介于广角镜头和长焦镜头之间的镜头。通常情况下畸变校正较好。
6. 长焦距镜头:焦距超过200mm的镜头。工作距离长,放大倍数大,畸变常常表现为枕形畸变

按功能分
7. 变焦镜头:镜头的焦距可以调节,镜头的视角,视野可变。
8. 定焦镜头:镜头的焦距不能调节,镜头视角固定,聚焦位置和光圈可以调节。
9. 定光圈镜头:光圈不能调节,通常情况下聚焦也不能调节。

按视觉分:
普通镜头、远心镜头、显微镜头三种

远心镜头

主观误差,也叫视差,是我们每天都出现的问题。实际上,视差就是大脑阐析三维世界的结果。同样的物体,当靠近眼睛时,会比远离眼睛时显得大一点。这个现象也同样出现在传统的光学系统中,即当物距变大时,对物体的放大倍数也改变。
远心镜头则纠正了传统镜头的误差,它可以在一定距离内,看到的图像不会因为距离的变化而改变。

但为什么需要远心镜头?它的优缺点,限制是什么?对于许多应用,需要远心镜头是因为在一定工作范围内,它提供了恒定的放大倍率,消除了视差。也即物体的移动,无论是靠近还是远离镜头,不会影响图像放大倍率,图像不会因此而变大或变小。处于较深的物体或离光轴较远的物体不会显得翘起来。 如右图。
远心镜头,可以在一定的物距范围内,使得到的图像放大倍率不会随物距的变化而变化,这对被测物不在同一物面上的情况是非常重要的应用。

远心镜头的优势

  1. 放大倍率稳定性
    产品在不同的位置时近心镜头所呈现的成像大小是不一样的,对于尺寸检测的影响特别大。由于远心镜头特殊的光路设计,只有重心线平行于光机主轴时,才能被物镜捕获到。因此,前段远心镜头至少与产品检测面最大距离一样大。在物体保持一定的景深范围时,远心镜头获得的产品尺寸不会随物体位移而发生变化。
  2. 低畸变
    畸变是由于主光线的光路偏离而引起的成像缺陷,是影响检测精度最严重的问题之一,正径向畸变被称为“枕形”畸变,负径向畸变被称为“桶形”畸变。由于普通光学器件的畸变,要获得精确测量十分困难,而高质量的远心镜头产生的畸变是十分的低,然后根据软件算法可以将其转换成无畸变图像。
  3. 视差消除
    传统镜头具有角视场,因此随着镜头与物体之间的距离增加,放大倍率会降低,会导致视差,也称为透视误差,这会降低精度,因为如果物体移动,由于放大倍数的变化,视觉系统的观察测量值也会发生变化。远心镜头的放大倍数不会随着深度而变化,可消除传统镜头的视差特性。

    对比可知相同物体右边图为运用远心镜头所拍摄;

有一个错误的概念是,很多人认为远心镜头比普通镜头有更大的DOF。
实际情况是,远心特性并不意味着大的DOF。DOF只与F数和分辨率有关。用远心镜头,图像仍然会从聚焦中心开始到边沿变得模糊,但他们是对称性地变模糊,这也是一个优点。只要物体在远心镜头的工作距离范围内,放大倍数不会变化。换句话说,即使物体靠近镜头,也不会显得比在远处时大。

未完待续;;;;;(接下章光源)

一.镜头知识及远心镜头介绍相关推荐

  1. 远心镜头技术及其选型介绍

    点击上方"小白学视觉",选择加"星标"或"置顶" 重磅干货,第一时间送达 本文转自:新机器视觉 一.远心镜头原理简介及选型: 1)远心镜头原 ...

  2. 什么情况下应该选用远心镜头

    镜头中的远心镜头以其独特的性能,目前在机器视觉应用中得到广泛的使用.什么情况下应该选用远心镜头呢? 工业智能相机方案商朗锐智科从远心镜头的原理,应用范围,选型来介绍, 希望让大家对远心镜头有进一步的了 ...

  3. 镜头视场角计算工具_再谈远心镜头的设计及其独特的性能

    1.远心镜头的设计与对比镜头可以分为非远心和远心:远心镜头也可以分为物方远心.像方远心和双远心.相关概念的简单说明:孔径光阑在物空间的像称为入射光瞳.同样,孔径光阑被其后面的光学零件成在像空间的像,称 ...

  4. 关于远心镜头的基础知识

    远心镜头(Telecentric lens),是为纠正传统镜头视差而设计,它可以在一定的物距范围内,使得到的图像放大倍率不会变化,简单的说这种镜头拍出来的图像没有近大远小关系.远心镜头又分为物方远心镜 ...

  5. 远心镜头设计原理详细介绍

    远心镜头设计目的就是消除由于被测物体(或CCD芯片)离镜头距离的远近不一致,造成放大倍率不一样.根据远心镜头分类其设计原理如下:     1.物方远心光路设计原理及作用:     物方主光线平行于光轴 ...

  6. 远心镜头的特点及应用知识

    远心是指镜头成像的一种原理特性,远心光学镜头可以分为三类:物方远心镜头.像方远心镜头和物像双侧远心镜头. 物方远心的原理是系统的孔径光拦(相机里面的光圈)被它前面的透镜成像在无穷远,因而主光线平行于光 ...

  7. 双远心镜头原理及选型(一)

    转自 http://jingyan.baidu.com/article/a3aad71aab11e9b1fb0096e7.html 工业镜头是机器视觉采集系统的重要组成部分,远心镜头是镜头大家族中相对 ...

  8. 远心镜头的原理及选型

    转自:http://blog.csdn.net/liyuanbhu/article/details/53957501 1.原理介绍 远心镜头(Telecentric lens),是为纠正传统镜头视差而 ...

  9. 全球及中国双远心镜头行业研究及十四五规划分析报告

    [报告篇幅]:120 [报告图表数]:164 [报告出版时间]:2021年1月 报告摘要 2019年,全球双远心镜头市场规模达到了xx亿元,预计2026年可以达到xx亿元,年复合增长率(CAGR)为x ...

最新文章

  1. 基于容器原理(docker、lxc、cells)的Android 双系统设计概要
  2. spring部分注解
  3. 【bzoj2238】Mst(树链剖分+线段树)
  4. webservice / cxf 开发经验总结
  5. 计算机二级mysql报名2020_关于2020年秋季全国计算机等级考试报名的通知
  6. Ionic混合移动app框架学习
  7. 王者荣耀服务器维护bug,8月23日王者荣耀ios版更新一直显示维护是什么情况?更新出现bug 附处理方法...
  8. 作者:张坦(1989-),女,西安交通大学管理学院信息系统系博士生
  9. python 搜寻蓝牙_3 Python Web搜寻器和搜寻器
  10. 带注释源码php,php的注释方法
  11. 洛谷P3613 睡觉困难综合征
  12. windows 软链接_Linux 基础-软链接和硬链接区别
  13. 二进制数据与16进制字符串相互转化方法
  14. 当你是个35岁的硬件工程师,该如何选择未来的职业道路
  15. 工业互联网(十三)——工业相机相关知识(初学者必备)
  16. 关于阿里云服务器租用费用的介绍
  17. Web前端开发必不可少的10个开源框架
  18. Oracle日期型函数详解
  19. c# cad二次开发 ribbon界面 给CAD加个菜单栏
  20. 行人重识别基础(一)

热门文章

  1. ABB机器人线速度_ABB机器人控制柜380进线接线
  2. VBA—调用sheet2中数据给出sheet1计算结果
  3. input输入框的限制输入
  4. 成都奔驰加装原厂无钥匙舒适进入 成都名车汇
  5. 人生苦短,我要学Python,2019年最靠谱Python书单送你
  6. amtemu v0.9.2怎么用_用移动硬盘装载启动big sur从来不是一件正经事 | 吴派胡言 1.2.2...
  7. (转)安富莱stm32 pid介绍以例子
  8. JS遍历数组的几种方法
  9. LeetCode 1496 - 1499
  10. 读取数据放置在DIV不换行