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机器视觉中的镜头是什么?

  机器视觉是一门综合性技术,包括图像处理、机械工程技术、控制、电光源照明、光学成像、传感器、模拟和数字视频技术、计算机软硬件技术(图像增强和分析算法、图像卡、I/ O卡等)。典型的机器视觉应用系统包括图像采集、光源系统、图像数字化模块、数字图像处理模块、智能判断决策模块和机械控制执行模块


  机器视觉中镜头的作用是将目标聚焦在图像传感器的感光面上。镜头的质量直接影响机器视觉的整体性能。合理选用光学镜头是机器视觉系统设计的重要组成部分。



  机器视觉光学系统的镜头一般由一组透镜和光阑组成,下面简单介绍一下:


  1.透镜

  透镜包括凸透镜和凹透镜。凸透镜具有会聚光线的能力。起到会聚透镜或正透镜的作用;凹透镜对光线有发散作用,也称为发散透镜或负透镜。由于正透镜和负透镜具有相反的效果,因此它们通常一起使用来校正像差或其他畸变。


  2.光阑

  进入镜头的光束大小一般由镜头镜框和其他机械结构决定。透镜中通常安装有一个带孔的金属片,以限制光束的大小,称为光阑,光孔一般为圆形,且以透镜的中心轴为中心。为了调节进入的光线量,普通镜头都有光圈调节环。当调节环旋转时,带动镜头内的黑色叶片以光轴为中心伸缩,称为可变孔径光阑,镜头中决定成像面大小的光阑称为视场光阑。镜筒通常带有棱纹并涂成黑色,以消除杂散光的影响。


  3.自动光圈

  在机器视觉中,自动光圈的主要作用是通过自动调节光圈来控制入射光通量的多少,使CCD获得理想的曝光,获得理想的图像。目前自动光圈镜头主要有两种:一种是视频驱动(Video),另一种是直流驱动(DC)


  4.变焦镜头

  变焦镜头的图像质量一般低于固定焦距镜头,但可以在不改变物距的情况下改变焦距来获得清晰的图像,从而提高机器视觉的效率和设计灵活性。


  5.自动对焦

  自动对焦镜头可以根据不同的成像目标自动调整镜头的焦距,确保在各种应用中实现精确对焦。 CCD相机一般采用微分对比度传递函数方法进行自动对焦。


  6.镜头接口

  物镜接口尺寸国际标准有F型、C型、CS型三种。 F型用途比较广泛,一般适用于焦距大于25mm的镜头。当焦距小于25mm时,由于物镜尺寸不大,采用C型或CS型。


  7.镜头性能

  镜头的性能指标主要包括焦距、相对孔径、视场角和光谱特性。根据不同的应用条件,需要做出相应的选择。


  延伸阅读:


  在机器视觉中,镜头选择对于系统性能和应用成功至关重要,以下是机器视觉中一些常见的镜头特性:


  1.焦距:镜头的焦距决定图像的放大倍数和对焦距离。不同焦距的镜头适合不同的应用场景。例如,广角镜头适合拍摄大场景,而长焦镜头适合观察远处的目标。

  2.光圈:光圈的大小影响通过镜头进入相机的光量。较宽的光圈通常允许更多的光线进入,适合弱光情况,并提供浅景深。调整光圈大小也会影响图像的曝光。

  3.透过率和光学质量:优质的镜头应具有良好的透过率和光学质量,以保证光线通过时不会造成散焦、畸变或色差。这对于获得清晰、准确的图像至关重要。

  4.畸变:畸变是指图像中的形状畸变,通常包括径向畸变和切向畸变。好的机器视觉镜头应该最大限度地减少这些失真,以确保图像准确性。

  5.变焦功能:变焦镜头允许用户调整焦距,从而在不改变相机位置的情况下放大和缩小图像。这对于需要灵活调整视野的应用非常有用。

  6.自动对焦:有些镜头具有自动对焦功能,可以通过传感器或算法动态调整焦距,以确保被拍摄物体始终清晰。

  7.耐用性:机器视觉系统通常用于工业环境,因此镜头耐用性也是一个关键特性。抗振动、防尘、防水等特性有助于提高系统的稳定性和寿命。

  8.红外透射率:对于需要使用红外成像的应用,镜头需要是红外透明的,以确保正确地将光线传输到传感器。

  9.适应性:镜头的适应性是指其对特定应用场景的适应性。例如,工业相机专用镜头往往是为高精度测量和检测而设计的,而鱼眼镜头则适用于全景视图等场景。


  这些特性是选择镜头时需要考虑的一些关键因素。不同的应用场景可能需要不同类型的镜头,因此在设计机器视觉系统时,选择合适的镜头至关重要。

 


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