工业相机镜头基础知识
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一个接圈，见图1.1－18 ，由此，CCD的敏感面可以位 于照相镜头的像方焦面的外面一段距离，从而可以摄取 到较近距离目标的像，但它受到图像清晰度的限制。
工业镜头的主要类别：近摄物镜
▪ 近摄物镜
•近摄透镜 在摄像物镜前端拧上一个近摄透镜，可以摄取到更近
距离目标的像。采用近摄镜后，目标像的畸变增大了，为 此，近摄透镜的屈光率不能太大，使原工作距离的缩短量 一般不超过20％。
工业镜头的接口
C接口和CS接口的区别
• C与CS接口的区别在于镜头与摄像机接触面至镜头焦平面 （摄像机CCD光电感应器应处的位置）的距离不同，C型接 口此距离为17.5mm., CS型接口此距离为12.5mm.。
• C型镜头与C型摄像机，CS型镜头与CS型摄像机可以配合使 用。C型镜头与CS型摄像机之间增加一个 5mm的C/CS转接环 可以配合使用。CS型镜头与C型摄像机无法配合使用。
工业镜头的主要类别：远摄物镜
▪ 远摄物镜
•与近摄物镜相反，为了对远距离目标摄取到清晰图像， 要采用远摄物镜。这种物镜是一长焦距物镜。远摄物 镜可以是折射系统、反射系统或折反射系统。反射式 远摄物镜常采用卡塞格林式远摄物镜.折反式远摄物镜 由于采用前部校正透镜，其成像质量更加良好.
远心镜头特性
物方远心镜头可以消除透视畸变，像方远心镜头可以获得更 好的像面照度的均匀性。
f={工作距离/视野范围长边（或短边）}X CCD长边（或短） 焦距大小的影响情况：
焦距越小，景深越大； 焦距越小，畸变越大； 焦距越 小，渐晕现象越严重，使像差边缘的照度降低；
■解析度 表示一组物镜所能见到了2点的最小间隔
0.61x 使用波长(λ)/ NA=解析度(μ) 以上的计算方法理论上可以计算出解析度，但不包括失真。 ※使用波长为550nm ■解像力
工业镜头的基本参数
▪ 视场(Field of view, 即FOV，也叫视野范围) ： 指观测物体的可视范围，也就是充满相机采集芯 片的物体部分。（视场范围是选型中必须要了解 的）
▪ 工作距离(Working Distance,即WD):指从镜头 前部到受检验物体的距离。即清晰成像的表面距 离（选型必须要了解的问题，工作距离是否可调 ？包括是否有安装空间等）
光圈与F值
光圈是一个用来控制镜头通光量装置，它通常是在镜头内。表达 光圈大小我们是用F值，如f1。4，f2，f2。8 etc
工业镜头各参数间相互影响关系 光圈大小的影响情况：
光圈越大，图像亮度越高； 景深越小；分辨率越高；
像场中央与边缘： 一般像场中心较边缘分辨率高； 像场中心较边缘光场照度高
光波长度的影响： 在相同的工业相机及镜头参数条件下，照明光源的光波波
▪ 分辨率：图像系统可以测到的受检验物体上的 最小可分辨特征尺寸。在多数情况下，视野越小 ，分辨率越好。
▪ 景深 (Depth of view，即DOF)：物体离最佳焦 点较近或较远时，镜头保持所需分辨率的能力 （需要了解客户对景深是否有特殊要求？）
图 1: 镜头基本参数示意图
工业镜头的其他参数
感光芯片尺寸：相机感光芯片的有效区域尺寸，一般指水平 尺寸。这个参数对于决定合适的镜头缩放比例以获取想要的 视场非常重要。镜头主要缩放比例 (PMAG) 由感光芯片的尺 寸和视场的比率来定义。虽然基本参数包括感光芯片的尺寸 和视场，但PMAG却不属于基本参数。 焦距（f）焦距，是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方 式，指从透镜的光心到光聚集之焦点的距离。亦是照相机中， 从镜片中心到底片或CCD等成像平面的距离。（需要记住的公 式）
显示放大倍数
• 显示放大倍率在显微中应用非常广泛，被测物体的显示放大倍率取决于三 个因素：镜头光学倍率、工业相机感光芯片的尺寸（靶面大小）、显示器 尺寸。
• 显示放大倍率=镜头光学倍率×显示器尺寸×25.4/耙面对角线尺寸
工业镜头的主要类别：分类方式
• 按焦距划分：定焦和变焦 • 按光圈划分：固定光圈和可变光圈 • 按接口划分：C接口、CS接口、F接口等 • 按倍数划分：定倍镜头、连续变倍镜头 • 机器视觉行业常用到的很重要的镜头主要包
１mm中间可以看到黑白线的条数。单位（lp）/mm.
■MTF（Modulation Transfer Function）
成像时再现物体表面的浓淡变化而使用的空间周波数和对比度。
失真（distortion）：（衡量镜头性能的指标之一） 又称畸变，指被摄物平面内的主轴外直线，经光学系统成像后变
为曲线，则此光学系统的成像误差称为畸变。来自百度文库变像差只影响影像的 几何形状，而不影响影像的清晰度。
长越短，得到的图像的分辨力越高。所以在需要精密尺寸及位 置测量的视觉系统中，尽量采用短波长的单色光作为照明光源， 对提高系统精度有很大的作用。
光学放大倍数 用于计算主要缩放比例的公式如下：
PMAG = 感光芯片尺寸 (mm) / 视场 (mm)
图 2: 主要缩放比例、感光芯片尺寸和视场的关系示意图
括FA镜头，远心镜头和工业显微镜 等
工业镜头的主要类别：常用摄像物镜 ▪ 常用摄像物镜参数
•主要参数有焦距f 光圈数F和视场2ω. 经验公式：1/F *tanω√f=C
F型接口类型摄像物镜焦距表（mm）
C,CS型接口类型摄像物镜焦距表(mm)
工业镜头的主要类别：近摄物镜
▪ 近摄物镜
•接圈 简单的近摄物镜是在照相镜头和CCD相机之间加入
工业镜头的主要类别：远心镜头
▪ 远心镜头
•物方远心物镜 采用平行光路设计，物方远心物镜是将孔径光阑放置在光学系 统的像方焦平面上。
工业镜头的主要类别：远心物镜
3-4工业镜头的接口 5工业镜头的基本参数 6工业镜头的其他参数 7光学放大倍率 8显示放大倍率 工业镜头各参数间相互影响关系 10工业镜头的主要类别：分类方式 11-21工业镜头的主要类别
工业镜头的接口
物镜的接口尺寸是有国际标准的，共有三种接口型式，即F 型、C型、CS型。F型接口是通用型接口，一般适用于焦距大于 25mm的镜头；而当物镜的焦距约小于25mm时，因物镜的尺寸不大， 便采用C型或CS型接口。
工业镜头的主要类别：近摄物镜
▪ 近摄物镜
•近摄透镜 在摄像物镜前端拧上一个近摄透镜，可以摄取到更近
距离目标的像。采用近摄镜后，目标像的畸变增大了，为 此，近摄透镜的屈光率不能太大，使原工作距离的缩短量 一般不超过20％。
工业镜头的接口
C接口和CS接口的区别
• C与CS接口的区别在于镜头与摄像机接触面至镜头焦平面 （摄像机CCD光电感应器应处的位置）的距离不同，C型接 口此距离为17.5mm., CS型接口此距离为12.5mm.。
• C型镜头与C型摄像机，CS型镜头与CS型摄像机可以配合使 用。C型镜头与CS型摄像机之间增加一个 5mm的C/CS转接环 可以配合使用。CS型镜头与C型摄像机无法配合使用。
工业镜头的主要类别：远摄物镜
▪ 远摄物镜
•与近摄物镜相反，为了对远距离目标摄取到清晰图像， 要采用远摄物镜。这种物镜是一长焦距物镜。远摄物 镜可以是折射系统、反射系统或折反射系统。反射式 远摄物镜常采用卡塞格林式远摄物镜.折反式远摄物镜 由于采用前部校正透镜，其成像质量更加良好.
远心镜头特性
物方远心镜头可以消除透视畸变，像方远心镜头可以获得更 好的像面照度的均匀性。
f={工作距离/视野范围长边（或短边）}X CCD长边（或短） 焦距大小的影响情况：
焦距越小，景深越大； 焦距越小，畸变越大； 焦距越 小，渐晕现象越严重，使像差边缘的照度降低；
■解析度 表示一组物镜所能见到了2点的最小间隔
0.61x 使用波长(λ)/ NA=解析度(μ) 以上的计算方法理论上可以计算出解析度，但不包括失真。 ※使用波长为550nm ■解像力
工业镜头的基本参数
▪ 视场(Field of view, 即FOV，也叫视野范围) ： 指观测物体的可视范围，也就是充满相机采集芯 片的物体部分。（视场范围是选型中必须要了解 的）
▪ 工作距离(Working Distance,即WD):指从镜头 前部到受检验物体的距离。即清晰成像的表面距 离（选型必须要了解的问题，工作距离是否可调 ？包括是否有安装空间等）
光圈与F值
光圈是一个用来控制镜头通光量装置，它通常是在镜头内。表达 光圈大小我们是用F值，如f1。4，f2，f2。8 etc
工业镜头各参数间相互影响关系 光圈大小的影响情况：
光圈越大，图像亮度越高； 景深越小；分辨率越高；
像场中央与边缘： 一般像场中心较边缘分辨率高； 像场中心较边缘光场照度高
光波长度的影响： 在相同的工业相机及镜头参数条件下，照明光源的光波波
▪ 分辨率：图像系统可以测到的受检验物体上的 最小可分辨特征尺寸。在多数情况下，视野越小 ，分辨率越好。
▪ 景深 (Depth of view，即DOF)：物体离最佳焦 点较近或较远时，镜头保持所需分辨率的能力 （需要了解客户对景深是否有特殊要求？）
图 1: 镜头基本参数示意图
工业镜头的其他参数
感光芯片尺寸：相机感光芯片的有效区域尺寸，一般指水平 尺寸。这个参数对于决定合适的镜头缩放比例以获取想要的 视场非常重要。镜头主要缩放比例 (PMAG) 由感光芯片的尺 寸和视场的比率来定义。虽然基本参数包括感光芯片的尺寸 和视场，但PMAG却不属于基本参数。 焦距（f）焦距，是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方 式，指从透镜的光心到光聚集之焦点的距离。亦是照相机中， 从镜片中心到底片或CCD等成像平面的距离。（需要记住的公 式）
显示放大倍数
• 显示放大倍率在显微中应用非常广泛，被测物体的显示放大倍率取决于三 个因素：镜头光学倍率、工业相机感光芯片的尺寸（靶面大小）、显示器 尺寸。
• 显示放大倍率=镜头光学倍率×显示器尺寸×25.4/耙面对角线尺寸
工业镜头的主要类别：分类方式
• 按焦距划分：定焦和变焦 • 按光圈划分：固定光圈和可变光圈 • 按接口划分：C接口、CS接口、F接口等 • 按倍数划分：定倍镜头、连续变倍镜头 • 机器视觉行业常用到的很重要的镜头主要包
１mm中间可以看到黑白线的条数。单位（lp）/mm.
■MTF（Modulation Transfer Function）
成像时再现物体表面的浓淡变化而使用的空间周波数和对比度。
失真（distortion）：（衡量镜头性能的指标之一） 又称畸变，指被摄物平面内的主轴外直线，经光学系统成像后变
为曲线，则此光学系统的成像误差称为畸变。来自百度文库变像差只影响影像的 几何形状，而不影响影像的清晰度。
长越短，得到的图像的分辨力越高。所以在需要精密尺寸及位 置测量的视觉系统中，尽量采用短波长的单色光作为照明光源， 对提高系统精度有很大的作用。
光学放大倍数 用于计算主要缩放比例的公式如下：
PMAG = 感光芯片尺寸 (mm) / 视场 (mm)
图 2: 主要缩放比例、感光芯片尺寸和视场的关系示意图
括FA镜头，远心镜头和工业显微镜 等
工业镜头的主要类别：常用摄像物镜 ▪ 常用摄像物镜参数
•主要参数有焦距f 光圈数F和视场2ω. 经验公式：1/F *tanω√f=C
F型接口类型摄像物镜焦距表（mm）
C,CS型接口类型摄像物镜焦距表(mm)
工业镜头的主要类别：近摄物镜
▪ 近摄物镜
•接圈 简单的近摄物镜是在照相镜头和CCD相机之间加入
工业镜头的主要类别：远心镜头
▪ 远心镜头
•物方远心物镜 采用平行光路设计，物方远心物镜是将孔径光阑放置在光学系 统的像方焦平面上。
工业镜头的主要类别：远心物镜
3-4工业镜头的接口 5工业镜头的基本参数 6工业镜头的其他参数 7光学放大倍率 8显示放大倍率 工业镜头各参数间相互影响关系 10工业镜头的主要类别：分类方式 11-21工业镜头的主要类别
工业镜头的接口
物镜的接口尺寸是有国际标准的，共有三种接口型式，即F 型、C型、CS型。F型接口是通用型接口，一般适用于焦距大于 25mm的镜头；而当物镜的焦距约小于25mm时，因物镜的尺寸不大， 便采用C型或CS型接口。