远心镜头如何进行参数选型

分类：技术文章
作者：
来源：
发布时间：2021-07-26
访问量：0

【概要描述】

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远心镜头如何进行参数选型

远心镜头有两种类型的远心度：物方和像方远心度（分别指入射光瞳和出射光瞳位置）。所以，远心镜头分为：物方远心镜头，像方远心镜头、双远心镜头。那么需求和合适的镜头相匹配就成为了一个重要的问题，也就是说我们该如何通过我们的需求来匹配到合适的镜头。

一、影响选型的参数

那么在我们选择远心镜头时，首先应明白在什么时候需要时选择远心镜头。根据远心镜头原理特征及独特优势。

当检查物体遇到以下6种情况时，最好选用远心镜头：
1）需要检测有厚度的物体（厚度>1/10 FOV直径）；

2）需要检测不在同一平面的物体；

3）不清楚物体到镜头的距离究竟是多少；

4）需要检测带孔径、三维的物体；

5）需要低畸变、图像效果亮度几乎完全一致；

6）缺陷只在同一方向平行照明下才能检测到。

其次，选择远心镜头，要明白远心镜头相关指标对应的使用条件：

1）物方尺寸：拍摄范围

2）像方尺寸：使用的CCD的靶面大小。考虑镜头像面和相机芯片的匹配，对于远心镜头来说一般像面越大价格越高，所以我们在选择时尽量考虑相机芯片规格和镜头像面规格一致的配合，如果镜头的像面直径大于相机芯片的对角线，那对镜头来说会产生成本浪费，和视野损失，如果镜头像面直径小于相机芯片的对角线，那么最后的成像就会有暗角、黑角的问题。

3）工作距离：物方镜头前表面距离拍摄物的距离。

4）分辨率：使用的CCD像素大小。

5）景深：镜头能成清晰像的范围。像/物倍率越大景深越小。

6）接口：远心镜头主要围绕工业相机做匹配设计的，镜头和相机的接口一般也是常规的标准接口：C接口、F接口、M42接口、M58接口等。这些接口是镜头和相机它连接在一起的物理标准，它不光对应了不同规格尺寸的卡口或螺纹对应尺寸，它还对应了标准的法兰距(相机接口端面到芯片之间的距离)，一般1.2英寸极其以下靶面芯片的工业相机以C接口为主。

7）放大倍率：光学放大倍率=CCD相机元素尺寸/视场实际尺寸 =CCD（V）或（H）尺寸/视场（V）或（H）尺寸根据使用情况（物体尺寸和需要的分辨率）选择物方尺寸合适的物方镜头和CCD或CMOS相机，同时得到像方尺寸，即可计算出放大倍率，然后根据产品列表选择合适的像方镜头。选择过程中还应注意景深指标的影响，因为像/物倍率越大景深越小，为了得到合适的景深，可能还需要重新选择镜头。

8）畸变：远心镜头通过严格的加工制造和质量检验，将此误差严格控制在0.1%以下甚至无畸变。

二、镜头选型的参数计算

1、分辨率

相机的传感器是有许多像素点按照矩阵的形式排列而成，分辨率就是以水平方向和垂直方向的像素来表示的。分辨率越高，成像后的图像像素数就越高，图像就越清晰。常用的工业面阵相机分辨率有130万、200万、500万等；对于线阵相机而言，分辨率就是传感器水平方向上的像素数，常见有2K、4K、8K等。在相机分辨率的选型上，要根据我们的项目需求而定，并不一定是分辨率越高就越好，分辨率高带来的图像数据量就大，后期的算法处理复杂度就高，而且一般分辨率大的相机，帧率一般都不会太高。

2、传感器尺寸

传感器尺寸是以有效面积（宽x高）或以对角线大小（英寸）来表示的，常见的传感器尺寸如下：

传感器尺寸越大，一定程度上表示相机可容纳像素个数越多，成像的画幅越大。

3、远心度

不同厂家的远心镜头消除透视误差的能力也有差异，这是因为远心度不同。远心度定义为主光线与光轴间的夹角θ，如图所示。

假设物体高低差d=2mm, 镜头远心度θ=0.05°，则物体位置偏移量=2mm*tan0.05°=1.7µm. 若选用普通镜头θ=15°，则物体位置偏移量=2mm*tan15°=535.9µm。因此对于非平面物体的测量应用，只有选用远心度高的远心镜头，才能很好的消除透视误差，从而减小测量误差。

4、景深

景深，在光学摄影中是一个很重要参数，它的大小决定着清晰图像范围。在远心光学成像中，景深也是一个经常被提及的参数，它的大小取决于镜头倍率、光圈数、波长、像素大小、客户使用的边缘提取算法灵敏度。景深可用于测量应用，它通常比缺陷检测景深要大，图像的对比度必须尽可能高。景深非常困难用参数来定义：它取决于倍率、光圈数、波长、像素大小、客户使用的边缘提取算法的灵敏度。由于这个原因：没有客观的，也没有标准的方式来定义它：这是一个主观参数。景深=(工作光圈数*像素大小*应用程序特定参数)/（放大倍率*放大倍率）。

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