如何為特定的應(yīng)用選擇一款合適的鏡頭？

目前，市場上專門針對工業(yè)機(jī)器視覺應(yīng)用的鏡頭產(chǎn)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(shù)類別：標(biāo)準(zhǔn)鏡頭（entocentric）、遠(yuǎn)心鏡頭和專業(yè)鏡頭，并且每個類別中又有許多可用的產(chǎn)品類型。

具有透視功能的鏡頭

在機(jī)器視覺應(yīng)用中，最常見和最廣泛使用的鏡頭是標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，這類鏡頭指的是光線的入射或出射光孔在鏡頭內(nèi)部。它們有一個“成像角度”，并產(chǎn)生一個包含“透視”的場景，即靠近鏡頭的物體看起來比遠(yuǎn)離鏡頭的物體大。

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

在機(jī)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(guān)系。在一個給定的焦距（焦距在技術(shù)上定義了光學(xué)系統(tǒng)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(guān)）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(biāo)準(zhǔn)鏡頭有多種焦距和尺寸可供選擇。當(dāng)然，它們在質(zhì)量和再現(xiàn)圖像的能力方面，差別也很大——這也是相機(jī)分辨率不斷提高的一個重要因素。

測距鏡頭

遠(yuǎn)心鏡頭與標(biāo)準(zhǔn)鏡頭有很大的不同，因?yàn)樗鼈儧]有任何（即便有，也是非常少量的）透視。實(shí)際上，這意味著鏡頭景深內(nèi)（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?yàn)榱慵奈恢茫ù怪庇诠鈱W(xué)器件）不會影響到所產(chǎn)生的圖像中零件的再現(xiàn)尺寸，因此可以在一些應(yīng)用中獲得更高的精度。

遠(yuǎn)心鏡頭也可以與準(zhǔn)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(yuǎn)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(wěn)定不變，而且與標(biāo)準(zhǔn)鏡頭較長和完全靈活的工作范圍相比，遠(yuǎn)心鏡頭的工作距離往往相當(dāng)小。

專業(yè)鏡頭和光學(xué)器件

有無數(shù)的專業(yè)鏡頭可用于機(jī)器視覺領(lǐng)域。超中心鏡頭可以在物體的垂直外壁周圍成像。內(nèi)孔或針孔鏡頭可以對孔的內(nèi)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(zhǔn)備好研究和使用專業(yè)鏡頭，以滿足某個特定應(yīng)用的需求。

正如人們所想象的那樣，在確定鏡頭規(guī)格必須時，必須要考慮到特定應(yīng)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(shù)、合適的鏡頭類型、安裝的物理空間限制等等。

在討論鏡頭規(guī)格時，假定我們已經(jīng)知道這些先決條件的細(xì)節(jié)。也就是說，在選擇一款鏡頭時，要考慮以下幾個基本參數(shù)。

（1）鏡頭格式

鏡頭在設(shè)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(chǎn)生的最大像圈尺寸有關(guān)。鏡頭格式規(guī)格必須能夠匹配（或大于）用于成像的傳感器的格式規(guī)格。

（2）光學(xué)分辨率

這個指標(biāo)有助于確保鏡頭能夠區(qū)分以“線對/毫米”（lp/mm）表示的小特征。雖然一款鏡頭的規(guī)格表中可能給出了鏡頭的“線對/毫米”分辨能力，但是與光學(xué)分辨率有關(guān)的更徹底（也更復(fù)雜）的指標(biāo)/規(guī)格，是鏡頭相對于特定傳感器的調(diào)制傳遞函數(shù)（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(shù)值，它的目的是能將想要的視場經(jīng)過鏡頭放大后，呈現(xiàn)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(yuǎn)心鏡頭的焦距，以實(shí)現(xiàn)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(yuǎn)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(yuǎn)心鏡頭的工作距離是固定的。

重要標(biāo)準(zhǔn)

一旦鏡頭的上述技術(shù)指標(biāo)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(jìn)入門檻較低，市場上也不斷有許多新的鏡頭制造商出現(xiàn)。通常，用于機(jī)器視覺應(yīng)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(xì)地考核鏡頭的質(zhì)量，特別是鏡頭的收光能力和分辨率。對于這些規(guī)格，在制造商公布的規(guī)格中，并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。在選擇制造商時，必須要做最全面的調(diào)查，包括對鏡頭進(jìn)行實(shí)際測試。通常，最后都會有幾家制造商的鏡頭表現(xiàn)非常相似，這時候，就需要結(jié)合商業(yè)細(xì)節(jié)做最后的取舍。

可以肯定的是，想以低價格獲得高質(zhì)量幾乎是不可能的，對于廉價且高質(zhì)量鏡頭的說法，應(yīng)該仔細(xì)審查。

當(dāng)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(shí)會更難找到滿足要求的鏡頭規(guī)格。這些光學(xué)系統(tǒng)更加復(fù)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(jīng)銷商的幫助，不失為一種實(shí)用、高效的方法。

為任務(wù)建立最佳系統(tǒng)

正如我們所看到的，在使用和規(guī)范鏡頭和光學(xué)器件方面接受培訓(xùn)，以便有充分的能力為特定的應(yīng)用選擇最佳鏡頭和光學(xué)器件，是非常重要的。不良的光學(xué)設(shè)計和規(guī)格，可能會導(dǎo)致機(jī)器視覺系統(tǒng)不能發(fā)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(guī)格中考慮整個光學(xué)及照明系統(tǒng)。

為了節(jié)省一點(diǎn)兒成本，而使用最便宜的鏡頭。

沒有分析應(yīng)用的整體需求，結(jié)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(yīng)用項目選擇鏡頭和光學(xué)器件時，這些技巧仍然可以派上用場。

在指定成像系統(tǒng)之前，要對系統(tǒng)需求的所有細(xì)節(jié)了然于胸。

如果不確定的話，可以聯(lián)系集成商或經(jīng)銷商，尋求專家的幫助。

了解光學(xué)規(guī)范的技術(shù)細(xì)節(jié)，并能創(chuàng)造性地使用廣泛的光學(xué)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(jī)出奇招--機(jī)器視覺網(wǎng) 2022-12-21 0919

2022-12-21 0919 來源: 中國機(jī)器視覺網(wǎng)

蘇映視深耕鋰電前工序，推出微距型高速在線檢測系統(tǒng)，在市場上展露鋒芒。市場交付、驗(yàn)收量高居行業(yè)前列。在動力電池及上游原材料的生產(chǎn)制造中，需要對產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)100%的質(zhì)量檢測和工藝監(jiān)控。同時，生產(chǎn)效率的不斷提升和生產(chǎn)成本的極致降低也日益成為產(chǎn)業(yè)鏈的普遍訴求。

目前，在鋰電制造前段工序，視覺檢測運(yùn)用仍然存在難題與挑戰(zhàn)：

1、缺乏標(biāo)準(zhǔn)化、一體化、模塊化的視覺檢測解決方案：基于工藝不斷創(chuàng)新、產(chǎn)品尺寸多變，傳統(tǒng)多線陣解決方案難以保證相機(jī)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(hù)人員，導(dǎo)致安裝調(diào)試時間較長，切拉換型維護(hù)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(shè)備陸續(xù)投入生產(chǎn)使用，未來1~2年內(nèi)對視

審核編輯 ：李倩