镜头篇机器视觉检测的基础知识（三）

截止到目前，黄金城已经聊过了颜色，光源。完成视觉检测的基本却重要的部分，还有镜头。
今天黄金城就聊一下镜头的部分。

一，什么是镜头？

简单讲镜头就是在其一端收集物体的光线，并将光线在另一端汇聚为实像，并投影到接收面的物体。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点距离。
当镜头为凸镜时，焦点距离将根据镜头的厚度（膨胀）程度不同而各不相同，膨胀程度越大焦点距离越短。

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。
而工业用镜头与之相比，更关注以下几个参数：

1，WD（Work Distance，工作距离）

WD表示焦点对准拍摄对象时，镜头顶端到拍摄对象的距离。也称为作动距离。
当为 CCD 时，比例公式工作距离：视野＝焦点距离：CCD 尺寸成立。

2，焦点距离（焦距）

FA(Factory Automation) 镜头中有代表性的镜头为焦点距离为 8 mm /16 mm /25 mm /50 mm等规格的镜头。
根据想要拍摄的拍摄对象所需的视野和焦点距离，可以求出对焦位置＝WD（工作距离）。

WD 和视野的大小由镜头的焦点距离和 CCD 的尺寸来决定。
例如：焦点距离为 16 mm 镜头，CCD 尺寸 3.6 mm 时，如果想把视野设为✅ 45 mm，则 WD 变为 200 mm💦。

WD : 视野 = 焦点距离 : CCD尺寸

3，视野

视野指工作距离范围中的拍摄范围。一般来说，拍摄对象和镜头的工作距离越长💝，则视野越广（视野角）。另外，视野的广度由镜头的焦点距离来决定。相对于视野，使用镜头可以拍摄的范围的角度，黄金城称为视角或者视野🏅角。镜头的焦点距离越短，则视角越大，视野也就越广。相反，焦点距离越长，则可以放大远处的拍摄对象。

4，景深

景深是指使人感觉镜头对焦的深度范围（拍摄物体侧的距离）。范围较大时，称为「景深深」，相反范围较小时称为「景深浅」。严谨♌的来说，对焦位置只有一个，只不过肉眼在一定的范围内感觉图像能够清晰成像，黄金城将此范围称为景深。

如下图所示，黄金城在拍摄斜面上粘贴表示高度的胶带的这个对象时，针对调大光圈的情况🦄和调小🦂光圈的情况进行比较。

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：

镜头本身。
光圈越小，景深越大。
照明越亮，景深越大。（快门速度越慢，景深越大）
焦距越小，景深越大。
WD工作距离越大，景深越大。
CCD的单个像素直径越大，景深越大。

5，镜头的分辨率

镜头的分辨率不光使用在图像处理中，它是指所有光学测量仪器ꦍ中使用的镜头可以观察的最小间隔。如分辨率为 10 μm 的镜头，可以清晰的观察线宽为 10 μm、间距为 10 μm 并列条纹线。分辨率不足时，人们感觉 2 根线好像重叠在一起𓆉。这时候，需要更高分辨率的镜头。

6，镜头的倍率

所谓倍率，是指检测对象的实际大小与通过光学测量仪器成像大小的比率。以往在通过显微镜的接眼部观察时，黄金城使用光🅠学倍率这一概念，但是近年来由于可以将观𒊎测对象物显示在液晶显示器上的系统不断增多，显示器倍率这一概念也已经普及。

光学倍率	用数码相机的原理考虑时，光学倍率可以通过「CCD 有效像素大小 ÷ 视野」来求得。
显示器倍率	显示器倍率可以通过「显示器对角 ÷ CCD 素子对角 × 光学倍率」来求得。

F = f/D [F:F值 D:镜头的直径 f:镜头焦点距离]

7，F值

F 值（或者光圈值）是指表示镜头的明亮度的基准。准💧确的来说，就是镜头的焦点距离除以镜头直径（口径）得到的值。F 值的「F」来源于 focal （焦点的）这个词。

事实上，镜头并不会让🀅所有光线都透过，其中的一部分会反𒆙射。而且，为了减少像差使用多个镜头时，透过的光量会变少。

因此，光的透过量较多，可以获得明亮成像的镜头黄金城称为「亮」，相反光的透过量较镜头则称为「暗」。镜头的焦点距离和直径的关系，是可以大大影响镜头明暗的要素之一，也即 F 值。这个值较小的镜头称为「亮镜头」𝓰，较大的镜头称为「暗镜头」。一般的小型相机🃏都会在镜头旁刻上「F = 2.5」「1:2.5」的标记，这就表示 F 值为 2.5。

在相机镜头的性能上，如果 F 值达到 2.0 左右，则表示这个相机的明亮等级非常高。

8，歪曲像差（失真）

歪曲像差（失真）表示通过镜头成像的图像发生歪曲的状态。
事实上不存在形状完美的镜头。因此，虽然从理论上来说，直射光通过镜头后会沿着直线传播，而实际上光通过镜头后会向外侧或🔜者ꦏ内侧歪曲。前者称为「桶形失真」，后者称为「枕形失真」。一个镜失真的参数以百分比表示。

三，远心镜头

💞大家都有这种印象🌌，一个物体在人眼看来，会有近大远小的现象。这是因为物体近的时候，在视网膜上投影大，小的时候，投影小。镜头也是一样，因为近大远小的原因，会产生误差。特别是在做尺寸测量的时候，就尤其关键。

为了解决这个问题，就产生了远心镜头。简ꦐ单讲就是不会因为WD工作距离的远近而在投影端☂产生大小变化的的镜头。

对于有厚度测产品，也会照出截面的效果。

远心镜头主要应用于精密测量。在精💜密光学测量系统中，由于普通光学镜头会存在一定的制约因素，如影像的变形、视角选择而造成的误差、不适当光꧟源干扰下造成边界的不确定性等问题，进而影响测量的精度。而远心镜头（Telecentric镜头）能有效降低甚至消除上述问题，因此Telecentric镜头已经成为精密光学量测系统决定性的组件，其应用领域也越来越广泛。

远心镜头和普通镜头的简单对比如下：

普通镜头优点	成本低，实用，用途广。
普通镜头缺点	放大倍率会有变化，有视差。
普通镜头应用	大物体成像。
远心镜头的优点	放大倍数恒定，不随景深变化而变化，无视差。
远心镜头的缺点	成本高，尺寸大，重量重。
远心镜头的应用	度量衡方面，基于CCD方面的测量，微晶学

以上内容，希望对大家有所启发。
如果大家目前正遇到类似问题的困扰，想知道自己的产品是否可以用这种方法解决，欢迎跟黄金城联系。

如果您对此类不良的检测有进一步的问题和兴趣，欢迎与黄金城联系。