卓越工程师特训营(EETP) | 工业镜头知识科普

镜头作为工业相机的眼睛，是机器视觉系统中的一个关键组件，如果没有镜头，那么摄像头所输出的图像就是白茫茫的一片，没有清晰的图像输出。镜头的质量直接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。

什么是工业镜头？

工业镜头泛指工业领域运用的各类专业光学镜头，在光学系统中的位置类似于人的眼睛，主要作用是将检测物体的图像成像在相机的光感芯片上。

1、物理结构

镜头由多个透镜、光圈和对焦环组成。镜头中的玻璃镜片是镜头的核心。但是只有玻璃镜片也没有用，光圈控制与对焦机构是镜头组成另外两个重要机构。镜头的光圈可以分为固定光圈和可变光圈，其中可变光圈又可分为自动光圈和手动光圈。同样的，对焦机构也有手动和自动之分。如下图所示，在使用时由操作者观察相机显示屏来调整可变光圈和焦点，以确保图像的明亮程度及清晰度。

2、光学结构

任何一个复杂的透镜组合都可以等效为一个简单的透镜，光经过透镜的传播路线

可以简单的画作下图：

工业镜头的分类

分类依据	类型
按镜头功能分类	定焦镜头、变焦镜头、显微放大镜头、远心镜头
按镜头光圈分类	手动光圈和自动光圈
按镜头视野分类	标准镜头、广角与超广角镜头、远摄与超远摄镜头、鱼眼镜头与反射式镜头、变焦镜头、微距镜头、透视调整镜头与皮腔镜头、针孔镜头
按放大倍率是否固定分类	远心镜头、非远心镜头
按以远心类型分类	双远心工业镜头、像方远心镜头和物方远心镜头。

工业镜头的主要参数

1、光学尺寸

一般指镜头设计时，能够适配的最大的图像传感器尺寸（对角线），按照传感器尺寸进行描述，如 1”、2／3”、1／2”等，如果相机传感器尺寸大于镜头设计最大尺寸，则会在画面四个角形成暗影或黑角。

（卓越工程师特训营第二期现场教学）

2、接口

工业相机常用的包括 C 接口、CS 接口、F 接口、V 接口、T2 接口、徕卡接口、M42 接口、M72 接口等。

3、焦距

焦距是指镜头的光学中心到成像面焦点的距离。平行光通过镜头后汇聚于一点，这个点就是所说的焦点。镜头焦距的大小决定视场角的大小、拍摄距离、成像范围和景深，常用焦距有8、12、16、25、35、50等。

4、视场角

在光学系统当中，以镜头为顶点，以被测物体通过镜头的最大成像范围的两边缘构成的夹角叫做视场角。视场角的大小决定了镜头的视野范围，视场角越大，视野就越大，光学倍率也就越小。

（卓越工程师特训营第二期现场教学）

5、视野

镜头将被测物体和它周围的环境，投影在相机的图像传感器平面上，在图像上形成一个矩形的成像面，和成像面中的图像对应的物体平面被称作视野。

6、弥散圆

在焦点前后，光线开始聚集和扩散，点的影像变成模糊的，形成一个扩大的圆，这个圆就叫做弥散圆。

7、景深（DOF）

在被摄物体聚焦清晰后，位于调焦平面前后一定距离内还能够清晰成像的纵深距离称为景深。景深随镜头的光圈值、焦距、拍摄距离而变化，与光圈、焦距成反比，与距离拍摄体成正比。

（卓越工程师特训营第二期现场教学）

8、数值孔径

数值孔径与与分辨率和放大率成正比，数值孔径越大,分辨率越高。

9、光圈系数

光圈系数是镜头的重要内部参数，它就是镜头相对孔径的倒数，光圈系数的标称值数字越大，也就表示其实际光圈就越小。一般的厂家都会用F 数来表示这一参数。

10、分辨率

镜头分辨率又称分辨力、鉴别率、鉴别力、分析力、解像力和分辨本领，是指摄影镜头清晰地再现被摄景物细节的能力，它的单位是“线对/毫米”。

（卓越工程师特训营第二期现场教学）

11、像差

像差指镜头不能准确地按比例再现被摄体的影像。通俗地说，像差就是影像清晰

度差或有“失真”现象。除了复色光之间存在的色差之外，镜头的单色像差可以分为五种，它们分别是影响成像清晰度的球差、彗差、像散、场曲以及影响物像相似度的畸变。

12、MTF

MTF（Modulation Transfer Function) 是指物体表面的浓淡变化，成像侧也被再现出来。表示镜头的成像性能，成像再现物体的对比度的程度。

13、光学放大倍率（PMAG）

指实际物体通过镜头在相机传感器上的成像，成像大小与物体实际大小的比值。

（卓越工程师特训营第二期现场教学）

卓越工程师特训营(EETP)是山东产业技术研究院(青岛)立足青岛制造业创新创业生态需求，依托山东省首个机器视觉概念验证中心，精心打造的紧缺工程实践人才培养项目。EETP以“专业知识架构—综合技能实训—职业能力素养”为主线，构建“金字塔型”培养体系，结合丰富的落地业务场景和实战案例，以多元互动的教学形式和立体跨界的知识构建，实现产教融合，所学即所用，打通学生专业学习与就业实践的“最后一公里”，助力学员加速成长，实现职业成功

（卓越工程师特训营第一期回顾）