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视觉工业镜头

镜头的基本功能就是实现光束变换(调制),在机器视觉系统中,镜头的主要作用是将成像目标在图像传感器的光敏面上。镜头的质量直影响到机器视觉系统的整体性能,合理地选择和安装镜头,是机器视觉系统设计的重要环节。镜头选配时需要选择与摄像机接口和CCD的尺寸相匹配的镜头。镜头C和CS的接口方式占主流。小型的安防用的CS接口摄像机得到普及、FA行业则大部分是C接口的摄像机与镜头的组合。对应的CCD尺寸、市场上一般根据用途使用2/3寸到1/3寸的产品。


工业镜头技术

1. 调焦技术

对于镜头来讲,不同物距上的目标成像的像距是不同的。对于需要观察的目标,它的成像面不一定与相机感光面重合,为了得到清晰像,就需要调整成像面的位置使之与感光面重合,这个过程就是调焦。整组移动-这种调焦方式,就是调节过程中整个镜头一起前后移动,带动像面随之移动,在像面与相机感光面重合时,成像最清晰。这种整体调焦方式,不改变镜头的光学结构,镜头焦距没有变化。单组移动-还有一种调焦方式,就是调节镜头中的某一组透镜,使它想对于其他透镜前后移动,也能带动像面平移,最终使像面与感光面重合,达到成像清晰。这种调焦方式,改变了镜头的光学结构,镜头焦距有所变化(一般不大)。


例如,前面的透镜组对无穷远的目标成像在Image面上(也是CCD感光面位置),后工作距离L’,现在要对近处目标成像,像面位置在Image‘,为了成像清晰需要调焦。

一种办法就是整个透镜组一起相对CCD往前移动,使后工作距离扩大到L“,CCD感光面与像面重合,成像清晰。这种办法就是整组移动式调焦。如下图所示。

还有一种调焦办法:只移动透镜组中的某一(或几个一起)单透镜,也能达到调焦的目的,如下图所示。将第四透镜从位置A向前移动到A‘,对近距离的目标来说,成像面也回到与CCD重合的位置,使成像清晰。这种调焦方式就称为单组移动式调焦。


2. 变焦技术  

所谓变焦,指的是镜头本身可以通过调节,使焦距有较大的变化范围(通常用焦距变化的倍数来衡量,例如4倍变焦指最大焦距是最小焦距的4倍)。这种镜头使用中,可以通过变焦,改变成像放大倍率(在“大场景“和”局部特写“之间随意转换),适应性强,使用范围很广。变焦的实现方式:变焦过程中,通过光学系统中的两组(或更多)透镜相对移动,改变整个系统(镜头)的组合焦距,且同时保证像面位置不动,使图像放大倍率改变而且成像始终清晰。它与单组移动式调焦不同的,单组移动式调焦意在改变成像面的位置(虽然也会引起镜头焦距的微小改变);而变焦意在改变镜头的焦距(一般都是数倍的改变),它要求稳定像面不动。


3. 自动光圈

调节镜头的光圈,实质上是改变了孔径光阑的孔径大小,从而改变了进光量,达到成像面亮度调节的目的。这个过程,可以手动完成,也可以通过电机驱动来完成,后一种实现方式就是自动光圈调节。


4. 远心(焦阑)镜头

远心光路,一般地,可以分为物方远心光路和像方远心光路两种

孔径光阑位于镜头像方焦面上(“焦阑“因此得名),入瞳位于物方无限远处,这样的光路称为物方远心光路。这种光路的特点:物方入射主光线(红色表示)与光轴平行。孔径光阑位于物方焦面上,出瞳位于像方无限远处,这样的光路称为像方远心光路。这种光路的特点是:像方出射主光线(红色表示)与光轴平行。这两种光路本质上是相通的,是同一种光路(焦阑)的正向和反向应用。它们较多的出现在测量仪器中,结合实际的应用会表现出格子的特点,需要加以注意。物方远心光路的成像特点是:像的大小对物距不敏感,但是对像距很敏感;而像方远心光路的成像特点是,像的大小对物距很敏感,但是对像距不敏感。采用这两种远心光路设计制作的镜头,分别称作物方或者像方远心镜头。


                            



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