凯视佳工业相机技术手册镜头选型篇

1、凯视佳工业相机：版本：发布日期：本文档适用于所有的凯视佳黑白相机2015-5-14 2014-2015凯视佳光电设备 1凯视佳光电（）400：400-0300-601技术支持：http:/2015-5-14 2014-2015凯视佳光电设备 2. 1. 1一、 工业镜头简介4（一） 工业镜头的接口4（二） 工业镜头的参数4二、工业镜头各参数间相互影响关系6光学放大倍数7显示放大倍数8工业镜头的主要类别8工业镜头的选择要点9工业镜头选型实例10三、四、五、六、七、2015-5-14 2014-2015凯视佳光电设备 3一、工业镜头简介（一）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

2、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。C 接口和 CS 接口的区别:C 与 CS 接口的区别在于镜头与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 型机，CS 型镜头与 CS 型机可以配合使用。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 型用。机无法配合使图 1、C 接口和

3、 CS 接口的区别注意：凯视佳公司提供的工业相机的接口均是标准 C 接口。（二）工业镜头的参数视场(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，工作距离是否可调？包括是否有安装空间等）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2015-5-14 2014-2015凯视佳光电设备 4越小，分辨率越好。景深 (Depth of view，即 D

4、OF)：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 2 工业镜头基本参数的有效区域尺寸，一般指水平尺寸。这个参数对于决定感光尺寸：相机感光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或发散的度量方式，指从透镜的光心到光之焦点的距离。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）f=工作距离/视野范围长边（或短边）X CCD 长边（或短）焦距大小

5、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；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()/ NA=括失真。度()以上的计算方法理论上可以计算出度，但不使用波长为 550nm2015-5-14 2014-2015凯视佳光电设备 5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。畸变像差只影响影像的几何形状，而不影响影像的清晰度。图 3、两种不同的镜头畸变光圈与 F 值：光圈是一个用来控制镜头通光量装置，它通

6、常是在镜头内。表达光圈大是用 F 值，如 f1。4，f2，f2.8 等。小二、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；如图 4 所示。像场与边缘：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。2015-5-14 2014-2015凯视佳光电设备 6图 4 光圈与景深之间的关系三、光学放大倍数用于计算主要缩放比例的公式如下：PMAG=

7、尺寸 (mm) /(mm)感光视场图 5、主要缩放比例、感光尺寸和视场的关系示意图2015-5-14 2014-2015凯视佳光电设备 7、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：镜头光学倍率、工业相机感光的尺寸（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。图 6 传感器靶面尺寸示意图图 7 不同尺寸靶面与显示器尺寸对应的显示放大倍数五、工业镜头的主要类别按焦距划分：定焦和变焦按光圈划分：固定光圈和可变光圈2015-5-14 2014-2015凯视佳光电设备 8四按接口划分：C 接口、CS 接口、F 接口等按倍数

8、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括 FA 镜头，远心镜头和工业显微镜等。远心物镜的特征：1)在测量系统中，物距常发生变化，从而使像高发生变化，所以测得的物体尺寸也发生变化，即产生了测量误差；2)即使物距是固定的，也会因为 CCD 敏感表面不易精确调整在像平面上，同样亲会产生测量误差。3)采用远心物镜中的像物镜可以消除物距变化带来的测量误差，而物物镜则可以消除 CCD 位置带来的测量误差。六、工业镜头的选择要点对镜头的选择，首先必须先确定客户需求：1、视野范围、光学放大倍数及期望的工作距离：在选择镜头时，视野稍大一点的镜头，以有利于运动控制。会选择比被测物体2、

9、景深要求：对于对景深有要求的项目，尽可能使用小的光圈；在选择放大倍率的镜头时，在项目下尽可能选用低倍率镜头。如果项目要求比较苛刻时，倾向选择高景深的尖端镜头。3、大小和相机接口 ：例如 2/3”镜头支持最大的工业相机耙面为 2/3”,它是不能支持 1 英寸以上的工业相机。4、注意与光源的配合，选配合适的镜头 。5、可安装空间：在方案可选择情况下，让客户更改设备尺寸是不现实的。工业镜头选型几个：镜头是工业视觉系统的一个重要组成部分正确地选择镜头是视觉系统设计的很重要的一环。这里给大家提供镜头选择的一个基本思路。1. 工作波长、变焦与定焦视觉系统通常使用环境是在可见光范围内，这样的镜头是最常用的，

10、也有一些系统比较特殊，使用环境是在紫外或者红外波段，需要选用专门的紫外或者红外镜头。大多数视觉系统的工作距离和放大倍数是不变的，因此镜头焦距也是固定的，但部分2015-5-14 2014-2015凯视佳光电设备 9系统需要在工作距离变化后保持放大倍数稳定，或者在工作距离不变的情况下获得不同的放大倍数，这样需要选用变焦镜头。2.远心镜头与标准工业镜头对于精密测量的系统，需要选用远心镜头，它的特点是：物体在景深范围内移动，光学放大倍数不变，这就避免了测试过程中工作距离的轻微改变导致系统放大倍数的变化，保证了系统规定测量精度。对于一般的工业测量、缺陷检测或者定位等，对物体成像的放大倍率没有严格要求，

11、只要选用畸变小的镜头，就可以满足要求。3. 靶面大小与分辨率镜头成像面大小必须大于与之配套的 CCD 相机的靶面，这样 CCD 相机的才能得到充分的利用。镜头的选择要考虑其分辨率要与相机的像元大小等匹配，这样设计的系统能充分利用CCD 相机的分辨精度，还能使系统的经济性达到最佳。4. 视场角与焦距通过系统要求的视场角可以找到对应焦距的镜头，而通过系统提供的分辨率和相机的像元等参数，可以利用基本的几何光学原理计算出合适的系统焦距。七、工业镜头选型实例下面来看一个实际的镜头选型的例子：为视觉检测系统选择镜头，已知条件是：相机靶面为 2/3”，像元尺寸为 6.45um x6.45um ，C-mount，工作距离大于 200mm，系统分辨率为 0.05mm， 光源采用白色 LED 光源。第一：因为采用白色光源，所以肯定是普通的可见光镜头；第二：工作距离不变，分辨率固定，可以知道镜头是定焦镜头；第三：相机的 Nyquist 频率为：1000/(2x6.45)=77.5，所选用的镜头分辨率应该不小于 77.5lp/mm，这样才能保证系统分辨率最佳；第四：工作焦距计算：镜头放大倍数为 M=6.45/(0.05X1000)=0.13，焦距=工作距离*放大倍数/（