工业相机选型-瑞利光学(在线咨询)-工业相机

　　实际效果

　　在A车焊装自动化线下线工位增加的在线检测系统，对下线白车身的关键尺寸进行实时监测，经验证明有以下效果：测量速度快、精度高，实现了在线产品的100%检测。当检测数据与基准数据出现小批量偏差时，控制站会自动报警，工作人员可及时发现问题。根据监测的趋势图表分析，工业相机接口，现场工程师可大概判定问题产生的原因，为解决问题指引了方向，压缩了问题产生原因的范围，缩短了解决问题的时间。

　　通过该系统可以及时发现问题，降低了白车身的返修率及报废率。安装此测量系统至今，未出现产品批量返修及报废现象。

　　结语

　　目前，基于工业机器人的视觉检测技术已经成为国外大公司研究的热点，而且，各大汽车生产厂家也都把工业机器人柔性视觉检测定为今后在线检测的应用趋势。目前，工业机器人视觉检测技术已经实现了汽车白车身的在线柔性检测、挡风玻璃的自动安装、轿车车门的自动安装、激光焊缝的检测等，并成功应用于国际名汽车生产厂家，在自主品牌汽车生产厂家也正逐步应用。

　　瑞丽光学机器视觉自成立以来，坚持秉承“科技之光，共创未来”的价值主张，勇于感知行业难题，敏锐捉行业机会，整合资源，协同创新，致力于解决客户关键需求，持续打造前瞻性光源产品和提供完善光源应用服务，拓宽自动化设备未来应用空间。

光学镜头一般称为摄像镜头或摄影镜头，简称镜头，其功能就是光学成像。镜头是机器视觉系统中的重要组件，对成像质量有着关键性的作用，它对成像质量的几个主要指标都有影响，包括：分辨率、对比度、景深及各种像差。镜头不仅种类繁多，而且质量差异也非常大，但一般用户在进行系统设计时往往对镜头的选择重视不够，导致不能得到理想的图像，甚至导致系统开发失败。本文的目的是通过对各种常见镜头的分类及主要参数介绍，总结各种因素之间的相互关系，使读者掌握机器视觉系统中镜头的选用技巧。

　　根据有效像场的大小划分

　　把摄影镜头安装在一很大的伸缩暗箱前端，并在该暗箱后端安装一块很大的磨砂玻璃。当将镜头光圈开至大，并对准无限远景物调焦时，在磨砂玻璃上呈现出的影像均位于一圆形面积内，而圆形外则漆黑，无影像。此有影像的圆形面积称为该镜头的大像场。在这个大像场范围的中心部位，有一能使无限远处的景物结成清晰影像的区域，这个区域称为清晰像场。照相机或摄影机的靶面一般都位于清晰像场之内，这一限定范围称为有效像场。由于视觉系统中所用的摄像机的靶面尺寸有各种型号，所以在选择镜头时一定要注意镜头的有效像场应该大于或等于摄像机的靶面尺寸，否则成像的边角部分会模糊甚至没有影像。

　　根据有效像场的大小，一般可分为如下几类：

镜头类型 有效像场尺寸

电视摄像镜头 1/4英寸摄像镜头 3.2mm×2.4mm（对角线4mm）

1/3英寸摄像镜头 4.8mm×3.6mm（对角线6mm）

1/2英寸摄像镜头 6.4mm×4.8mm（对角线8mm）

2/3英寸摄像镜头 8.8mm×6.6mm（对角线11mm）

1英寸摄像镜头 12.8mm×9.6mm（对角线16mm）

电影摄影镜头 35mm电影摄影镜头 21.95mm×16mm（对角线27.16mm）

16mm电影摄影镜头 10.05mm×7.42mm（对角线12.49mm）

照相镜头 135型摄影镜头 36mm×24mm

127型摄影镜头 40mm×40mm

120型摄影镜头 80mm×60mm

中型摄影镜头 82mm×56mm

大型摄影镜头 240mm×180mm

　　根据焦距分类

　　根据焦距能否调节，可分为定焦距镜头和变焦距镜头两大类。依据焦距的长短，定焦距镜头又可分为鱼眼镜头、短焦镜头、标准镜头、长焦镜头四大类。需要注意的是焦距的长短划分并不是以焦距的值为首要标准，而是以像角的大小为主要区分依据，所以当靶面的大小不等时，工业相机镜头，其标准镜头的焦距大小也不同。变焦镜头上都有变焦环，调节该环可以使镜头的焦距值在预定范围内灵活改变。变焦距镜头长焦距值和短焦距值的比值称为该镜头的变焦倍率。变焦镜头有可分为手动变焦和电动变焦两大类。

　　变焦镜头由于具有可连续改变焦距值的特点，在需要经常改变摄影视场的情况下非常方便使用，所以在摄影领域应用非常广泛。但由于变焦距镜头的透镜片数多、结构复杂，所以大相对孔径不能做得太大，致使图像亮度较低、图像质量变差，同时在设计中也很难针对各种焦距、各种调焦距离做像差校正，所以其成像质量无法和同档次的定焦距镜头相比。变焦距镜头 定焦距镜头

手动变焦 电动变焦 鱼眼镜头 短焦镜头 标准镜头 长焦镜头

　　实际中常用的镜头的焦距是从4毫米到300毫米的范围内有很多的等级，如何选择合适焦距的镜头是在机器视觉系统设计时要考虑的一个主要问题。光学镜头的成像规律可以根据两个基本成像公式牛顿公式和高斯公式来推导，对于机器视觉系统的常见设计模型，我们一般是根据成像的放大率和物距这两个条件来选择合适焦距的镜头的，在此给出一组实用的计算公式：

　　放大率：m=h’/h=L’/L 物距：L =f(1 1/m)

　　像距：L’= f(1 m) 焦距：f =L/(1 1/m)

　　物：h = h’/m = h’(L-f)/f 像：h’= mh = h(L’-f)/f

　　根据镜头接口类型划分

　　镜头和摄像机之间的接口有许多不同的类型，工业摄像机常用的包括C接口、CS接口、F接口、V接口、T2接口、徕卡接口、M42接口、M50接口等。接口类型的不同和镜头性能及质量并无直接关系，只是接口方式的不同，一般可以也找到各种常用接口之间的转接口。

C接口和CS接口是工业摄像机常见的国际标准接口，为1英寸－32UN英制螺纹连接口，C型接口和CS型接口的螺纹连接是一样的，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。所以CS型接口的摄像机可以和C口及CS口的镜头连接使用，工业相机选型，只是使用C口镜头时需要加一个5mm的接圈；C型接口的摄像机不能用CS口的镜头。

F接口镜头是尼康镜头的接口标准，所以又称尼康口，也是工业摄像机中常用的类型，一般摄像机靶面大于1英寸时需用F口的镜头。

V接口镜头是的***镜头品牌施奈德镜头所主要使用的标准，一般也用于摄像机靶面较大或特殊用途的镜头。

　　特殊用途的镜头

显微镜头（Micro），一般是指成像比例大于10:1的拍摄系统所用，但由于现在的摄像机的像元尺寸已经做到3微米以内，所以一般成像比例大于2:1时也会选用显微镜头。

微距镜头（Macro），一般是指成像比例为2:1～1:4的范围内的特殊设计的镜头。在对图像质量要求不是很高的情况下，一般可采用在镜头和摄像机之间加近摄接圈的方式或在镜头前加近拍镜的方式达到放大成像的效果。

远心镜头（Telecentric），主要是为纠正传统镜头的视差而特殊设计的镜头，它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。

紫外镜头（Ultr***iolet）和红外镜头（Infrared），一般镜头是针对可见光范围内的使用设计的，由于同一光学系统对不同波长的光线折射率的不同，导致同一点发出的不同波长的光成像时不能会聚成一点，产生色差。常用镜头的消色差设计也是针对可见光范围的，紫外镜头和红外镜头即是专门针对紫外线和红外线进行设计的镜头。

　 一、镜头像圈：

　　像圈（image circle）是指入射光线通过镜头后，在焦平面上呈现出的圆形的明亮清晰的影像幅面，也称像面大小。镜头像圈由镜头光学结构决定，一旦设计完成，其对应的像圈就确定了。

　　在机器视觉中，由于感光器件为相机芯片，芯片尺寸即为成像靶面大小。由于镜头像圈为圆形，相机靶面为长方形，因此镜头与相机搭配时，必须使镜头的像圈直径≥相机靶面的对角线长度（如右图所示）。否则，相机靶面的四角会形成暗区（如左图所示）从而影响成像质量，这种现象称为渐晕。

　　如CMOSIS CMV2000芯片，对角线长度为12.8mm. 若镜头的像圈为Ф11mm(厂家或表述为：镜头大兼容芯片尺寸为2/3")， 那此款镜头搭配使用该芯片的相机时，就会出现渐晕。

二、工作距离：

　　工作距离(WD)是指镜头下端机械面到物体的距离。

三、物像距离：

　　物像距离(O/I)是指物平面到相机芯片间的距离。

　　物像距离=工作距离 镜头本体长度 法兰距。

　　其中对于常见的C口镜头和相机，法兰距为17.526mm。

　　在机器视觉行业中，许多镜头设计时为了保证成像质量，工作距离通常为一个固定值或一个较窄的范围。如远心镜头，作为行业标准的工作距离是40mm、65mm、110mm。

　　因此在实际项目中，建议进行设备机械设计前应先考虑视觉系统，使镜头工作距离的选择不受机械空间的限制，从而在保证佳的光学性能的同时降低成本。否则可能因为一个特殊的工作距离要求，导致选型十分困难，不得不定制镜头。

　　在线阵项目中，由于各相机厂商定义的法兰距不同（如同样是M72*0.75接口，法兰距可能为6.56mm， 9.4mm， 12mm， 19.55mm等），工业相机， 且线阵镜头通常需搭配很长的转接环，此时物像距离对于选型而言变得更有意义。因此作为***的机器视觉从业者，我们与客户沟通时，需要正确判断客户所描述的空间是指工作距离还是物像距离。