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遠(yuǎn)心鏡頭如何進(jìn)行參數(shù)選型

遠(yuǎn)心鏡頭有兩種類(lèi)型的遠(yuǎn)心度：物方和像方遠(yuǎn)心度（分別指入射光瞳和出射光瞳位置）。所以，遠(yuǎn)心鏡頭分為：物方遠(yuǎn)心鏡頭，像方遠(yuǎn)心鏡頭、雙遠(yuǎn)心鏡頭。那么需求和合適的鏡頭相匹配就成為了一個(gè)重要的問(wèn)題，也就是說(shuō)我們?cè)撊绾瓮ㄟ^(guò)我們的需求來(lái)匹配到合適的鏡頭。

 一、影響選型的參數(shù)

那么在我們選擇遠(yuǎn)心鏡頭時(shí)，首先應(yīng)明白在什么時(shí)候需要時(shí)選擇遠(yuǎn)心鏡頭。根據(jù)遠(yuǎn)心鏡頭原理特征及*優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)檢查物體遇到以下6種情況時(shí)，最好選用遠(yuǎn)心鏡頭：
1）需要檢測(cè)有厚度的物體（厚度>1/10 FOV直徑）；

2）需要檢測(cè)不在同一平面的物體；

3）不清楚物體到鏡頭的距離究竟是多少；

4）需要檢測(cè)帶孔徑、三維的物體；

5）需要低畸變、圖像效果亮度幾乎*一致；

6）缺陷只在同一方向平行照明下才能檢測(cè)到。

其次，選擇遠(yuǎn)心鏡頭，要明白遠(yuǎn)心鏡頭相關(guān)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的使用條件：

1）物方尺寸：拍攝范圍

2）像方尺寸：使用的CCD的靶面大小。考慮鏡頭像面和相機(jī)芯片的匹配，對(duì)于遠(yuǎn)心鏡頭來(lái)說(shuō)一般像面越大價(jià)格越高，所以我們?cè)谶x擇時(shí)盡量考慮相機(jī)芯片規(guī)格和鏡頭像面規(guī)格一致的配合，如果鏡頭的像面直徑大于相機(jī)芯片的對(duì)角線，那對(duì)鏡頭來(lái)說(shuō)會(huì)產(chǎn)生成本浪費(fèi)，和視野損失，如果鏡頭像面直徑小于相機(jī)芯片的對(duì)角線，那么最后的成像就會(huì)有暗角、黑角的問(wèn)題。

3）工作距離：物方鏡頭前表面距離拍攝物的距離。

4）分辨率：使用的CCD像素大小。

5）景深：鏡頭能成清晰像的范圍。像/物倍率越大景深越小。

6）接口：遠(yuǎn)心鏡頭主要圍繞工業(yè)相機(jī)做匹配設(shè)計(jì)的，鏡頭和相機(jī)的接口一般也是常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)接口：C接口、F接口、M42接口、M58接口等。這些接口是鏡頭和相機(jī)它連接在一起的物理標(biāo)準(zhǔn)，它不光對(duì)應(yīng)了不同規(guī)格尺寸的卡口或螺紋對(duì)應(yīng)尺寸，它還對(duì)應(yīng)了標(biāo)準(zhǔn)的法蘭距(相機(jī)接口端面到芯片之間的距離)，一般1.2英寸極其以下靶面芯片的工業(yè)相機(jī)以C接口為主。

7）放大倍率：光學(xué)放大倍率=CCD相機(jī)元素尺寸/視場(chǎng)實(shí)際尺寸 =CCD（V）或（H）尺寸/視場(chǎng)（V）或（H）尺寸根據(jù)使用情況（物體尺寸和需要的分辨率）選擇物方尺寸合適的物方鏡頭和CCD或CMOS相機(jī)，同時(shí)得到像方尺寸，即可計(jì)算出放大倍率，然后根據(jù)產(chǎn)品列表選擇合適的像方鏡頭。選擇過(guò)程中還應(yīng)注意景深指標(biāo)的影響，因?yàn)橄?物倍率越大景深越小，為了得到合適的景深，可能還需要重新選擇鏡頭。

8）畸變：遠(yuǎn)心鏡頭通過(guò)嚴(yán)格的加工制造和質(zhì)量檢驗(yàn)，將此誤差嚴(yán)格控制在0.1%以下甚至無(wú)畸變。

二、鏡頭選型的參數(shù)計(jì)算

1、分辨率

相機(jī)的傳感器是有許多像素點(diǎn)按照矩陣的形式排列而成，分辨率就是以水平方向和垂直方向的像素來(lái)表示的。分辨率越高，成像后的圖像像素?cái)?shù)就越高，圖像就越清晰。常用的工業(yè)面陣相機(jī)分辨率有130萬(wàn)、200萬(wàn)、500萬(wàn)等；對(duì)于線陣相機(jī)而言，分辨率就是傳感器水平方向上的像素?cái)?shù)，常見(jiàn)有2K、4K、8K等。在相機(jī)分辨率的選型上，要根據(jù)我們的項(xiàng)目需求而定，并不一定是分辨率越高就越好，分辨率高帶來(lái)的圖像數(shù)據(jù)量就大，后期的算法處理復(fù)雜度就高，而且一般分辨率大的相機(jī)，幀率一般都不會(huì)太高。

2、傳感器尺寸

傳感器尺寸是以有效面積（寬x高）或以對(duì)角線大?。ㄓ⒋纾﹣?lái)表示的，常見(jiàn)的傳感器尺寸如下：

傳感器尺寸越大，一定程度上表示相機(jī)可容納像素個(gè)數(shù)越多，成像的畫(huà)幅越大。

3、遠(yuǎn)心度

不同廠家的遠(yuǎn)心鏡頭消除透視誤差的能力也有差異，這是因?yàn)檫h(yuǎn)心度不同。遠(yuǎn)心度定義為主光線與光軸間的夾角θ，如圖所示。

假設(shè)物體高低差d=2mm, 鏡頭遠(yuǎn)心度θ=0.05°，則物體位置偏移量=2mm*tan0.05°=1.7µm. 若選用普通鏡頭θ=15°，則物體位置偏移量=2mm*tan15°=535.9µm。因此對(duì)于非平面物體的測(cè)量應(yīng)用，只有選用遠(yuǎn)心度高的遠(yuǎn)心鏡頭，才能很好的消除透視誤差，從而減小測(cè)量誤差。

4、景深

景深，在光學(xué)攝影中是一個(gè)很重要參數(shù)，它的大小決定著清晰圖像范圍。在遠(yuǎn)心光學(xué)成像中，景深也是一個(gè)經(jīng)常被提及的參數(shù)，它的大小取決于鏡頭倍率、光圈數(shù)、波長(zhǎng)、像素大小、客戶(hù)使用的邊緣提取算法靈敏度。景深可用于測(cè)量應(yīng)用，它通常比缺陷檢測(cè)景深要大，圖像的對(duì)比度必須盡可能高。景深非常困難用參數(shù)來(lái)定義：它取決于倍率、光圈數(shù)、波長(zhǎng)、像素大小、客戶(hù)使用的邊緣提取算法的靈敏度。由于這個(gè)原因：沒(méi)有客觀的，也沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的方式來(lái)定義它：這是一個(gè)主觀參數(shù)。景深=(工作光圈數(shù)*像素大小*應(yīng)用程序特定參