如何為特定的應用選擇一款合適的鏡頭？

目前，市場上專門針對工業機器視覺應用的鏡頭產品，有著非常廣泛的選擇。一般來說，鏡頭大致可分為三個技術類別：標準鏡頭（entocentric）、遠心鏡頭和專業鏡頭，并且每個類別中又有許多可用的產品類型。

具有透視功能的鏡頭

在機器視覺應用中，最常見和最廣泛使用的鏡頭是標準鏡頭，這類鏡頭指的是光線的入射或出射光孔在鏡頭內部。它們有一個“成像角度”，并產生一個包含“透視”的場景，即靠近鏡頭的物體看起來比遠離鏡頭的物體大。

圖1：定焦鏡頭是機器視覺應用中最廣泛使用的鏡頭類型。（圖片來源：David L. Dechow）

在機器視覺中，這些鏡頭一般被稱為“固定焦距”的鏡頭，也就是定焦鏡頭，這與它們是否“可聚焦”沒有關系。在一個給定的焦距（焦距在技術上定義了光學系統中光線匯聚的位置，但在使用中與鏡頭的放大倍率和成像角度有關）下，鏡頭將在一個特定的工作距離下，在特定的成像傳感器上形成一個特定的視場。

市場上，標準鏡頭有多種焦距和尺寸可供選擇。當然，它們在質量和再現圖像的能力方面，差別也很大——這也是相機分辨率不斷提高的一個重要因素。

測距鏡頭

遠心鏡頭與標準鏡頭有很大的不同，因為它們沒有任何（即便有，也是非常少量的）透視。實際上，這意味著鏡頭景深內（鏡頭可聚焦的范圍）的物體，完全不隨物體與鏡頭的距離而改變大小。這類鏡頭有時被稱為“測距”鏡頭，因為零件的位置（垂直于光學器件）不會影響到所產生的圖像中零件的再現尺寸，因此可以在一些應用中獲得更高的精度。

遠心鏡頭也可以與準直（平行光線）光源一起使用，以幫助改善物體的照明，特別是在背光照明時。遠心鏡頭通常有一個固定的工作距離，在成像時必須保持工作距離穩定不變，而且與標準鏡頭較長和完全靈活的工作范圍相比，遠心鏡頭的工作距離往往相當小。

專業鏡頭和光學器件

有無數的專業鏡頭可用于機器視覺領域。超中心鏡頭可以在物體的垂直外壁周圍成像。內孔或針孔鏡頭可以對孔的內壁成像。帶有鏡面組件的鏡頭，可以看到物體的周圍或提供多個視圖。在選擇鏡頭時，必須先了解鏡頭市場，并準備好研究和使用專業鏡頭，以滿足某個特定應用的需求。

正如人們所想象的那樣，在確定鏡頭規格必須時，必須要考慮到特定應用的全部要求。這些要求包括物體的尺寸、所需要的空間分辨率、可能影響所需成像角度的必要照明技術、合適的鏡頭類型、安裝的物理空間限制等等。

在討論鏡頭規格時，假定我們已經知道這些先決條件的細節。也就是說，在選擇一款鏡頭時，要考慮以下幾個基本參數。

（1）鏡頭格式

鏡頭在設計上被限制在最大的傳感器尺寸下工作，而鏡頭格式的指定與鏡頭產生的最大像圈尺寸有關。鏡頭格式規格必須能夠匹配（或大于）用于成像的傳感器的格式規格。

（2）光學分辨率

這個指標有助于確保鏡頭能夠區分以“線對/毫米”（lp/mm）表示的小特征。雖然一款鏡頭的規格表中可能給出了鏡頭的“線對/毫米”分辨能力，但是與光學分辨率有關的更徹底（也更復雜）的指標/規格，是鏡頭相對于特定傳感器的調制傳遞函數（MTF）的測量。

（3）放大倍率

要選擇一款特定的鏡頭，可以從所需要的放大倍率開始。簡單來講，放大倍率（MAG）就是一個數值，它的目的是能將想要的視場經過鏡頭放大后，呈現在所選擇的傳感器上（例如，如果視圖的水平方向是100mm，傳感器的水平方向是10mm，則所需的放大倍率是0.1）。

有了放大倍率，就可以針對給定的工作距離，確定所需要的遠心鏡頭的焦距，以實現特定的視場（有時工程師會跳過放大倍率直接考慮焦距）。

對于遠心鏡頭而言，鏡頭只由它的放大倍率指定，所以選擇更直接，再次記住遠心鏡頭的工作距離是固定的。

重要標準

一旦鏡頭的上述技術指標被指定，下一步就是選擇制造商了。

鏡頭是相對簡單的部件，因此市場進入門檻較低，市場上也不斷有許多新的鏡頭制造商出現。通常，用于機器視覺應用的鏡頭，無論是來自新興制造商還是成熟的制造商，都是非常好的器件。

然而，在選擇鏡頭時仍然必須仔細地考核鏡頭的質量，特別是鏡頭的收光能力和分辨率。對于這些規格，在制造商公布的規格中，并沒有統一的標準。在選擇制造商時，必須要做最全面的調查，包括對鏡頭進行實際測試。通常，最后都會有幾家制造商的鏡頭表現非常相似，這時候，就需要結合商業細節做最后的取舍。

可以肯定的是，想以低價格獲得高質量幾乎是不可能的，對于廉價且高質量鏡頭的說法，應該仔細審查。

當我們考慮非常大尺寸的鏡頭（大于1.1”或4/3”格式的傳感器，需要的不是C-mount安裝的鏡頭）時，確實會更難找到滿足要求的鏡頭規格。這些光學系統更加復雜和昂貴，在選擇過程中通常需要更多的研究和分析。因此，在選擇過程中，尋求鏡頭制造商或經銷商的幫助，不失為一種實用、高效的方法。

為任務建立最佳系統

正如我們所看到的，在使用和規范鏡頭和光學器件方面接受培訓，以便有充分的能力為特定的應用選擇最佳鏡頭和光學器件，是非常重要的。不良的光學設計和規格，可能會導致機器視覺系統不能發揮出自身該有的可靠性或堅固性。一些常見的問題包括：

只使用定焦鏡頭，而沒有在規格中考慮整個光學及照明系統。

為了節省一點兒成本，而使用最便宜的鏡頭。

沒有分析應用的整體需求，結果錯誤地選擇了成像組件。

這里有一些小技巧有助于避免上述錯誤，并且在以后為應用項目選擇鏡頭和光學器件時，這些技巧仍然可以派上用場。

在指定成像系統之前，要對系統需求的所有細節了然于胸。

如果不確定的話，可以聯系集成商或經銷商，尋求專家的幫助。

了解光學規范的技術細節，并能創造性地使用廣泛的光學元件，以確保最佳成像效果。

破局鋰電視覺檢測“卡脖子”難題，蘇映視微距線掃相機出奇招--機器視覺網 2022-12-21 0919

2022-12-21 0919 來源: 中國機器視覺網

蘇映視深耕鋰電前工序，推出微距型高速在線檢測系統，在市場上展露鋒芒。市場交付、驗收量高居行業前列。在動力電池及上游原材料的生產制造中，需要對產品實現100%的質量檢測和工藝監控。同時，生產效率的不斷提升和生產成本的極致降低也日益成為產業鏈的普遍訴求。

目前，在鋰電制造前段工序，視覺檢測運用仍然存在難題與挑戰：

1、缺乏標準化、一體化、模塊化的視覺檢測解決方案：基于工藝不斷創新、產品尺寸多變，傳統多線陣解決方案難以保證相機和光源安裝高度、角度的一致。另外，每個基地都需要視覺維護人員，導致安裝調試時間較長，切拉換型維護成本較高；2、對視覺檢測速度和精度提出了更高的要求：隨著工藝和PPM的提升，高速、超高速的設備陸續投入生產使用，未來1~2年內對視

審核編輯 ：李倩