(二)视觉——工业镜头（以海康威视为例）

一、镜头分类

        在机器视觉系统中，镜头的主要作用是将目标成像在图像传感器的光敏面上。镜头的质量直接影响到机器视觉系统的整体性能，合理地选择和安装镜头，是机器视觉系统设计的重要环节。

         在一般的机器视觉检测中我们常用的镜头一般以 FA 镜头为主，FA 镜头的优点是成本低、用途广，缺点就是放大倍率会有变化，会因视角的选择造成误差，影响检测精度，适用于大尺寸物体检测成像。

        FA 镜头的优点是成本低、用途广，缺点就是放大倍率会有变化，会因视角的选择造成误差，影响检测精度，适用于大尺寸物体检测成像。

        FA 工业镜头总体目标物件越挨近画面(作业间距短些),所成的像就越大，视野就越小。在用普通的画面进行尺寸检测时，会具有以下问题：

        （1）因为被检测物件没有在同一检测平面，而导致扩大倍率的不同；

        （2）镜头畸变大；

        （3）视差也就是当物距增大时，对物件的扩大倍率也更改；

        （4）画面的分辨率不高；

        （5）因为视觉效果光线的图形特征，而导致的图片边沿部位的不确定因素。

不合理光线影响下导致边缘的不确定因素。

二、靶面视角

        视角（FOV：FieldofView）是指镜头所能覆盖的范围，（物体超过这个角就不会被收在镜头里)，
        一个摄像机镜头能涵盖多大范围的景物，通常以角度来表示，这个角度就叫镜头的视角FOV。

        相同焦距的镜头搭配Sensor尺寸越大视角越大；

三、镜头和靶面尺寸选择 

镜头标注尺寸必须大于等于传感器尺寸，镜头尺寸如果小于传感器尺寸，则会在图像四周出现黑边

如下图 所示，①和②不会出现暗角，③和④因为传感器（sensor）靶面大于镜头，所以会出现暗角。

四、光圈 

光圈是一个用来控制光线透过镜头的装置，控制镜头通光量的装置，光圈表征镜头通光量的多少。

F值可用于表征光圈大小，如F2.8，F4，F5.6，F8，F11，F16等，光圈F值越小，通光孔径越大；

光圈的作用

•  控制进光量：大光圈表明孔径更大，单位时间进来的光线更多，好比窗户，如果窗户越大，那么采光也就越好，而光圈就相当于窗帘，可以拉上一部分让房间暗一点，调整光圈能够调整曝光（其他条件保持不变的情况下），这是光圈最普遍的作用，比如在光线不好的地方拍照，就需要把光圈开大一些。
• 控制景深（最厉害的用途），光圈大，景深小;光圈小，景深大。
• 光圈越大，背景越虚化，景深越小
• 光圈越小，背景越清，景深越大

 

五、焦距

焦距f是镜头上的焦点到成像面的距离，如16mm，25mm等等

各类焦距的效果图

 

六、工作距离 

        工作距离（WorkDistance）是指从镜头下表面的到被检测物体的距离，小于最小工作距离大于最大工作距离系统均不能正确成像。

七、景深 

        景深(DepthOfField）是指以镜头最佳聚焦时的wD为中心，前后存在一个范围，在此范围内镜
头都可以清晰成像，摄像机在对某一目标聚焦后，清晰影像的最近点至最远点的距离。

 八、畸变

        由于镜头方面的原因导致的图像范围内不同位置上的放大率存在的差异，被摄物平面内的主轴外直线，经光学系统成像后变为曲线，此光学系统的成像误差称为畸变。

        畸变只影响成像的几何形状，而不影响成像的清晰度，几何畸变主要包括径向畸变和切向畸变。

 径向畸变

径向畸变产生的原因是光线在远离透镜中心的地方比靠近中心的地方更加弯曲。

如：桶形失真、枕形失真；短焦距镜头一般表现为桶形失真，长焦距镜头一般表现为枕形失真。

人眼感觉不到小于2%的畸变，进行精度较高的测量时，需要校正畸变！

切向畸变

切向畸变：产生的原因透镜不完全平行于图像平面

九、镜头的接口类型

• C/CS接口（大部分普通工业相机使用）

• F接口（尼康相机的标准卡口，一般用于大靶面相机）

• M12接口（也称S接口，M12*0.5mm螺纹)

• M42接口（2K线阵相机使用，M42*1mm螺纹)

• M58接口（2900万面阵相机使用，M58*0.75mm螺纹）

十、螺口

(1)M系列接口
        以M42x1接口为例，这个接口对应的数字42，指的是接口直径是42mm。使用选型时，通常是根据相机光学尺寸的不同，选配不同直径大小的镜头。这类接口直接通过螺纹连接到相机上，连接较为方便。如M12接口(也称S接口，M12x0.5mm螺纹）、M42接口(2K线阵相机使用）、M58接口（2900万面阵相机使用，M58x0.75mm螺纹）。

(2)C、CS接口
        C接口和CS接口是工业相机最常见的国际标准接口，且非常相似，它们的接口直径、螺纹间距都是一样的，区别在于C型接口的后截距为17.5mm，CS型接口的后截距为12.5mm。因此对于CS接口的相机，如果想要接入C接口的镜头，只需要一个5mm厚的CS-C转接环。但C型接口的工业相机不能用CS接口的镜头。