如何为特定的应用选择一款合适的镜头？

如何为特定的应用选择一款合适的镜头？

目前，市场上专门针对工业机器视觉应用的镜头产品，有着非常广泛的选择。一般来说，镜头大致可分为三个技术类别：标准镜头（entocentric）、远心镜头和专业镜头，并且每个类别中又有许多可用的产品类型。

具有透视功能的镜头

在机器视觉应用中，最常见和最广泛使用的镜头是标准镜头，这类镜头指的是光线的入射或出射光孔在镜头内部。它们有一个“成像角度”，并产生一个包含“透视”的场景，即靠近镜头的物体看起来比远离镜头的物体大。

图1：定焦镜头是机器视觉应用中最广泛使用的镜头类型。（图片来源：David L. Dechow）

在机器视觉中，这些镜头一般被称为“固定焦距”的镜头，也就是定焦镜头，这与它们是否“可聚焦”没有关系。在一个给定的焦距（焦距在技术上定义了光学系统中光线汇聚的位置，但在使用中与镜头的放大倍率和成像角度有关）下，镜头将在一个特定的工作距离下，在特定的成像传感器上形成一个特定的视场。

市场上，标准镜头有多种焦距和尺寸可供选择。当然，它们在质量和再现图像的能力方面，差别也很大——这也是相机分辨率不断提高的一个重要因素。

测距镜头

远心镜头与标准镜头有很大的不同，因为它们没有任何（即便有，也是非常少量的）透视。实际上，这意味着镜头景深内（镜头可聚焦的范围）的物体，完全不随物体与镜头的距离而改变大小。这类镜头有时被称为“测距”镜头，因为零件的位置（垂直于光学器件）不会影响到所产生的图像中零件的再现尺寸，因此可以在一些应用中获得更高的精度。

远心镜头也可以与准直（平行光线）光源一起使用，以帮助改善物体的照明，特别是在背光照明时。远心镜头通常有一个固定的工作距离，在成像时必须保持工作距离稳定不变，而且与标准镜头较长和完全灵活的工作范围相比，远心镜头的工作距离往往相当小。

专业镜头和光学器件

有无数的专业镜头可用于机器视觉领域。超中心镜头可以在物体的垂直外壁周围成像。内孔或针孔镜头可以对孔的内壁成像。带有镜面组件的镜头，可以看到物体的周围或提供多个视图。在选择镜头时，必须先了解镜头市场，并准备好研究和使用专业镜头，以满足某个特定应用的需求。

正如人们所想象的那样，在确定镜头规格必须时，必须要考虑到特定应用的全部要求。这些要求包括物体的尺寸、所需要的空间分辨率、可能影响所需成像角度的必要照明技术、合适的镜头类型、安装的物理空间限制等等。

在讨论镜头规格时，假定我们已经知道这些先决条件的细节。也就是说，在选择一款镜头时，要考虑以下几个基本参数。

（1）镜头格式

镜头在设计上被限制在最大的传感器尺寸下工作，而镜头格式的指定与镜头产生的最大像圈尺寸有关。镜头格式规格必须能够匹配（或大于）用于成像的传感器的格式规格。

（2）光学分辨率

这个指标有助于确保镜头能够区分以“线对/毫米”（lp/mm）表示的小特征。虽然一款镜头的规格表中可能给出了镜头的“线对/毫米”分辨能力，但是与光学分辨率有关的更彻底（也更复杂）的指标/规格，是镜头相对于特定传感器的调制传递函数（MTF）的测量。

（3）放大倍率

要选择一款特定的镜头，可以从所需要的放大倍率开始。简单来讲，放大倍率（MAG）就是一个数值，它的目的是能将想要的视场经过镜头放大后，呈现在所选择的传感器上（例如，如果视图的水平方向是100mm，传感器的水平方向是10mm，则所需的放大倍率是0.1）。

有了放大倍率，就可以针对给定的工作距离，确定所需要的远心镜头的焦距，以实现特定的视场（有时工程师会跳过放大倍率直接考虑焦距）。

对于远心镜头而言，镜头只由它的放大倍率指定，所以选择更直接，再次记住远心镜头的工作距离是固定的。

重要标准

一旦镜头的上述技术指标被指定，下一步就是选择制造商了。

镜头是相对简单的部件，因此市场进入门槛较低，市场上也不断有许多新的镜头制造商出现。通常，用于机器视觉应用的镜头，无论是来自新兴制造商还是成熟的制造商，都是非常好的器件。

然而，在选择镜头时仍然必须仔细地考核镜头的质量，特别是镜头的收光能力和分辨率。对于这些规格，在制造商公布的规格中，并没有统一的标准。在选择制造商时，必须要做最全面的调查，包括对镜头进行实际测试。通常，最后都会有几家制造商的镜头表现非常相似，这时候，就需要结合商业细节做最后的取舍。

可以肯定的是，想以低价格获得高质量几乎是不可能的，对于廉价且高质量镜头的说法，应该仔细审查。

当我们考虑非常大尺寸的镜头（大于1.1”或4/3”格式的传感器，需要的不是C-mount安装的镜头）时，确实会更难找到满足要求的镜头规格。这些光学系统更加复杂和昂贵，在选择过程中通常需要更多的研究和分析。因此，在选择过程中，寻求镜头制造商或经销商的帮助，不失为一种实用、高效的方法。

为任务建立最佳系统

正如我们所看到的，在使用和规范镜头和光学器件方面接受培训，以便有充分的能力为特定的应用选择最佳镜头和光学器件，是非常重要的。不良的光学设计和规格，可能会导致机器视觉系统不能发挥出自身该有的可靠性或坚固性。一些常见的问题包括：

只使用定焦镜头，而没有在规格中考虑整个光学及照明系统。

为了节省一点儿成本，而使用最便宜的镜头。

没有分析应用的整体需求，结果错误地选择了成像组件。

这里有一些小技巧有助于避免上述错误，并且在以后为应用项目选择镜头和光学器件时，这些技巧仍然可以派上用场。

在指定成像系统之前，要对系统需求的所有细节了然于胸。

如果不确定的话，可以联系集成商或经销商，寻求专家的帮助。

了解光学规范的技术细节，并能创造性地使用广泛的光学元件，以确保最佳成像效果。

破局锂电视觉检测“卡脖子”难题，苏映视微距线扫相机出奇招--机器视觉网 2022-12-21 0919

2022-12-21 0919 来源: 中国机器视觉网

苏映视深耕锂电前工序，推出微距型高速在线检测系统，在市场上展露锋芒。市场交付、验收量高居行业前列。在动力电池及上游原材料的生产制造中，需要对产品实现100%的质量检测和工艺监控。同时，生产效率的不断提升和生产成本的极致降低也日益成为产业链的普遍诉求。

目前，在锂电制造前段工序，视觉检测运用仍然存在难题与挑战：

1、缺乏标准化、一体化、模块化的视觉检测解决方案：基于工艺不断创新、产品尺寸多变，传统多线阵解决方案难以保证相机和光源安装高度、角度的一致。另外，每个基地都需要视觉维护人员，导致安装调试时间较长，切拉换型维护成本较高；2、对视觉检测速度和精度提出了更高的要求：随着工艺和PPM的提升，高速、超高速的设备陆续投入生产使用，未来1~2年内对视

审核编辑 ：李倩