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2018年08月08日 | 机器视觉检测基础之镜头的概述和重要参数
2018-08-08 来源：未知
导读
截止到目前，我们已经聊过了颜色，光源。完成视觉检测的基本却重要的部分，还有镜头。
今天我们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 /50mm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。
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，我们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，我们将此范围称为景深。
如下图所示，我们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：
1.镜头本身。
2.光圈越小，景深越大。
3.照明越亮，景深越大。（快门速度越慢，景深越大）
4.焦距越小，景深越大。
5.WD工作距离越大，景深越大。
6.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，它是指所有光学仪器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。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，我们使用光学倍率这一概念，但是近年来由于可以将观测对象物显示在器上的系统不断增多，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。 |
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我们称为「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」，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，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（lecentric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 |
史海拾趣
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参考BeagleBone 原理图，去掉cpld，单ft2232 制作xds100V2，烧写beaglebone第五版程序， 制作成功。 所有原理图及烧写文件均在附件中。 … 查看全部问答＞ |
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求大神指导，下面这个程序感觉上没错，但捎到小车上之后怎么都实现不了超声波测距和预期的效果，求大神指导，帮我看看程序有没有错误。 /************************************************************************* ...… 查看全部问答＞ |
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