视觉镜头

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。