【最全基础知识2】机器视觉系统硬件组成之工业相机镜头篇--51camera

机器视觉系统中，工业镜头作为必备的器件之一，须和工业相机搭配。工业镜头是机器视觉系统中不可或缺的重要组成部分，其质量和性能直接影响到整个系统的成像质量和检测精度。

目录

一、基本功能和作用

二、分类

1、按成像方式分

2、按焦距分

3、按接口类型分

4、按应用领域分

三、主要参数

1、焦距

2、光圈

3、视场角

4、视野（Field of View，FOV）

5、光学放大倍率（β）

6、数值孔径

7、法兰距

8、机械后截距

9、光学后截距

10、分辨率

11、景深

12、最大相对孔径与光圈系数

13、F数(F#Fno.)

14、有效F

15、明锐度

16、畸变（失真%）

四、工业镜头选型

五、工业镜头的应用

六、工业镜头使用中常见的问题 

 一、基本功能和作用

工业镜头的基本功能是实现光束变换（调制），在机器视觉系统中，其主要作用是将目标成像在图像传感器的光敏面上。镜头的质量直接影响到机器视觉系统的整体性能，因此合理地选择和安装镜头是机器视觉系统设计的重要环节。

相机镜头由多个透镜，可变(亮度)光圈和对焦环组成。

镜头构成

二、分类

工业镜头可以根据不同的分类标准划分为多个类型：

1、按成像方式分

透视镜头：最常见的工业镜头类型之一，其成像原理与人眼相似，可以拍摄物体表面的纹理和细节，适用于需要高清晰度的应用场景。
反射镜头：利用反射原理成像，通常适用于拍摄透明或半透明物体，具有较小的畸变和较高的对比度。
折射镜头：利用光的折射原理成像，适用于拍摄具有镜面反射的物体，通常具有较高的分辨率和较小的畸变。

2、按焦距分

定焦镜头：焦距固定，无法调节，但具有较高的光学性能和较小的畸变，适用于需要高清晰度和高精度的应用场景。
变焦镜头：焦距可以在一定范围内调节，具有更大的灵活性，适用于需要拍摄不同距离的物体或需要调整拍摄角度的场景。

微距镜头：专门用来近物距成像的镜头。成像比例2:1~1:4的范围内特殊设计的镜头。在对图像质量要求不是很高的情况下，一般可采用在普通镜头和相机之间加近摄接圈的方式或在镜头前加近拍镜方式来达到微距镜头的效果。

线扫镜头：最大限度减少中心于边缘之间分辨率和光线强度差异及失真，专为线扫相机设计，一般搭配大面阵相机。

远心镜头：主光线平行于光轴，同轴照明。

显微镜头：一般使用在高分辨率的场合，为了看清目标的细节特征。它们基本的特点是工作距离短，放大倍率高，视场小。成像比例大于10:1，但由于现有工业相机像元尺寸已做到3um以下，所以一般成像比例大于2:1时也会选用显微镜头。 

Moritex工业镜头对比

3、按接口类型分

C接口镜头：一种通用的工业镜头接口标准，适用于大多数工业相机，具有较小的体积和较轻的重量。
CS接口镜头：比C接口镜头更短，适用于需要更小体积的应用场景，通常用于微型相机或特殊需求的场景。
其他接口类型镜头：如EF接口、V接口等，通常用于特殊的应用场景或特定的相机型号。V口主要用于大靶面或一些特殊用途中；Canon EF口，一般需要自动聚焦自动光圈时会考虑此接口。

随着相机靶面的逐步增大，现在也出现了M42、M58、M72等接口，在不影响成像靶面和通光量的前提下，它们都可以通过某些转接环转变成F口。

4、按应用领域分

机器视觉镜头：应用最广泛的一类工业镜头，具有高分辨率、高对比度、低畸变等特点，适用于各种机器视觉应用。
安防监控镜头：具有较大的视场角和较高的清晰度，适用于监控摄像头、门禁系统等安防领域。
医学影像镜头：用于医疗诊断和治疗，具有高分辨率、高对比度、低畸变等特点。
科研仪器镜头：具有特殊的光学性能和设计，以满足科学实验和研究的需求。

机器视觉常用的镜头对比

机器视觉常用镜头对比

	特征	优点	缺点
远心镜头	主光线平行于光轴 同轴照明	高解析度 视野范围内无死角	大靶面 价格较高
微距镜头	专为短工作距离设计	低失真 体积小＆重量轻 耐振	只能在特定范围内聚焦 有限的视野（放大）范围
定焦镜头	能够无限距离对焦 可调焦距和可调光圈	视野范围和工作距离大 低成本 适用于大视野	耐振性较低 短工作距离情况下失真较大
线扫镜头	专为线扫相机设计 一般搭配大面阵相机	低畸变，低失真 耐振	体积大 重量重
变倍镜头	可在不改变工作距离以及相机位置的情况下放大倍率	适用于需要频繁改变倍率的应用。	体积大