機(jī)器視覺(jué)中的鏡頭介紹

機(jī)器視覺(jué)光學(xué)系統(tǒng)中鏡頭的作用是將目標(biāo)聚集在圖象傳感器的光敏面上，鏡頭質(zhì)量的好壞直接影響到機(jī)器視覺(jué)的整體性能，合理選擇光學(xué)鏡頭是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

機(jī)器視覺(jué)是一項(xiàng)綜合技術(shù)，包括圖像處理、機(jī)械工程技術(shù)、控制、電光源照明、光學(xué)成像、傳感器、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)(圖像增強(qiáng)和分析算法、圖像卡、 I/O卡等)。一個(gè)典型的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用系統(tǒng)包括圖像捕捉、光源系統(tǒng)、圖像數(shù)字化模塊、數(shù)字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊和機(jī)械控制執(zhí)行模塊。

機(jī)器視覺(jué)中鏡頭的作用是將目標(biāo)聚集在圖象傳感器的光敏面上，鏡頭質(zhì)量的好壞直接影響到機(jī)器視覺(jué)的整體性能，合理選擇光學(xué)鏡頭是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

機(jī)器視覺(jué)光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭一般由一組透鏡和光闌組成，下面分別做簡(jiǎn)單介紹：

1.透鏡

透鏡包括凸透鏡和凹透鏡兩種，其中凸透鏡對(duì)光線具有會(huì)聚作用，也稱為會(huì)聚透鏡或正透鏡；凹透鏡對(duì)光線有發(fā)散作用，也稱為發(fā)散透鏡或負(fù)透鏡。由于正負(fù)透鏡具有相反的作用，所以經(jīng)常將兩者配合使用，以矯正像差或其他失真。

2.光闌

進(jìn)入鏡頭的光束大小一般由透鏡框和其他機(jī)械結(jié)構(gòu)決定。通常在鏡頭中設(shè)置設(shè)置帶孔的金屬薄片以限制光束的大小，稱為光闌，其通光孔一般為圓形并中心在透鏡的中心軸上。為了調(diào)節(jié)進(jìn)光量，普通鏡頭都具有光圈調(diào)節(jié)環(huán)，調(diào)節(jié)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)鏡頭內(nèi)的黑色葉片以光軸為中心做伸縮運(yùn)動(dòng)，稱為可變孔徑光闌。鏡頭中決定成像面大小的光闌稱為視場(chǎng)光闌。鏡頭的鏡管通常被加工成羅紋狀并漆成黑色以消除雜光的影響。

3.自動(dòng)光圈

在機(jī)器視覺(jué)中，自動(dòng)光圈的主要作用是通過(guò)自動(dòng)調(diào)整光圈控制入射光通量的大小，從而使CCD獲得理想的曝光，以獲得理想的圖象。自動(dòng)光圈鏡頭目前主要有兩類：一類是視頻驅(qū)動(dòng)型(Video)，另一類是直流驅(qū)動(dòng)型（DC）。

4.變焦鏡頭

變焦鏡頭的成像質(zhì)量一般低于固定焦距鏡頭，但在無(wú)須改變物距的情況下通過(guò)焦距變化即可獲得清晰的圖象，從而提高了機(jī)器視覺(jué)的設(shè)計(jì)靈活性。

5.自動(dòng)調(diào)焦

自動(dòng)調(diào)焦鏡頭可以根據(jù)不同的成像目標(biāo)對(duì)鏡頭的焦距進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，從而確保在多種應(yīng)用下都能實(shí)現(xiàn)**聚焦。CCD相機(jī)一般采用差分式對(duì)比傳遞函數(shù)方式進(jìn)行自動(dòng)調(diào)焦。

6.鏡頭接口

物鏡的接口尺寸國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)共有三種：F型、C型、CS型。F型比較通用，一般實(shí)用于焦距大于25mm的鏡頭，而小于25mm時(shí)因?yàn)槲镧R的尺寸不大，便采用C型或CS型。

7.鏡頭性能

鏡頭的性能指標(biāo)主要包括焦距、相對(duì)孔徑、視場(chǎng)角度和光譜特性幾個(gè)方面。根據(jù)不同的應(yīng)用條件，需要做相應(yīng)選擇。

美國(guó)OPTEM鏡頭是機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用中的廣泛選擇，它的成像清晰、組合方便、性價(jià)比高，被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、教育、國(guó)防等領(lǐng)域，深受用戶喜愛(ài)。