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機器視覺中CCD工業(yè)相機鏡頭的選擇

2022-09-30 11:29:11 精質視覺

  合適的鏡頭選擇對于機器視覺能否發(fā)揮應有的作用是非常重要的。鏡頭的選擇過程,是將鏡頭各項參數(shù)逐步明確化的過程。作為成像器件,鏡頭通常與光源、相機一起構成一個完整的圖像采集系統(tǒng),因此鏡頭的選擇受到整個系統(tǒng)要求的制約。一般地可以按以下幾個方面來進行分析考慮。Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

  系統(tǒng)若想完全發(fā)揮其功能,鏡頭必須要能夠滿足要求才行。當為控制系統(tǒng)選擇鏡頭的時候,機器視覺集成商應該考慮四個主要因素:可以檢測物體類別和特性;景深或者焦距;加載和檢測距離;運行環(huán)境。Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

  分析這四個因素,可以針對具體應用確定合適的鏡頭選擇。Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

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  1.波長、變焦與否Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

  鏡頭的工作波長和是否需要變焦是比較容易先確定下來的,成像過程中如果需要改變放大的倍率,可以采用變焦鏡頭,否則采用定焦鏡頭。Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

  關于鏡頭的工作波長,常見的是可見光波段,也有其他波段。是否需要另外采取濾光措施?單色光還是多色光?能否有效避開雜散光的影響?把這幾個問題考慮清楚,綜合衡量后再確定鏡頭的工作波長。Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

  2.特殊要求優(yōu)先考慮Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

  結合實際的應用特點,可能會有特殊的要求,應該先予以明確下來。例如是否有測量功能,是否需要使用遠心鏡頭,成像的景深是否很大等。景深往往不被重視,但是它卻是任何成像系統(tǒng)都必須考慮的。Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

  景深是指由探測器移動引起的可以接受的模糊范圍。光學系統(tǒng)的性能取決于允許的圖像模糊程度,模糊可能源于物體平面或者圖像平面的位置漂移。景深效果(DOF)是指由于物體移動導致的模糊。DOF是完全在焦距范圍內最大的物體深度,它也是保持理想對焦狀態(tài)下物體允許的移動量(從最佳焦距前后移動)。當物體的放置位置比工作距離近或者遠的時候,它就位于焦外了,這樣解析度和對比度都會受到不好的影響。出于這個原因,DOF同指定的分辨率和對比度相配合。當景深一定的情況下,DOF可以通過縮小鏡頭孔徑來變大,同時也需要光線增強。Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

  在很多情況下,比如說管道檢測,可以使用變焦鏡頭獲得較大的景深。變焦鏡頭和縮放鏡頭很類似,應用在需要經(jīng)常變換焦距的場合。這些鏡頭經(jīng)常是電機驅動的,可以保證在對焦平面上平滑移動。使用這樣的鏡頭,整個管道、每一個環(huán)節(jié)都可以掃描到,通過調整焦距來發(fā)現(xiàn)每個缺陷。然而,同縮放鏡頭不同,變焦鏡頭的工作距離也可以變化,可以根據(jù)需要進行重新定位。Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

  3.工作距離、焦距Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

  工作距離和焦距往往結合起來考慮。一般地,可以采用這個思路:先明確系統(tǒng)的分辨率, 結合CCD像素尺寸就能知道放大倍率,再結合空間結構約束就能知道大概的物像距離,進一步估算鏡頭的焦距。所以鏡頭的焦距是和鏡頭的工作距離、系統(tǒng)分辨率(及CCD像素尺寸)相關的。Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

  4.像面大小和像質Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

  所選鏡頭的像面大小要與相機感光面大小兼容,遵循“大的兼容小的”原則——相機光面不能超出鏡頭標示的像面尺寸——否則邊緣視場的像質不保。Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

  像質的要求主要關注MTF的畸變兩項。在測量應用中,尤其應該重視畸變。Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

  5.光圈和接口Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

  鏡頭的光圈主要影響像面的亮度。但是現(xiàn)在的機器視覺系統(tǒng)中,最終的圖像亮度是由很多因素共同決定:光圈、相機增益、積分時間、光源等。所以,為了獲得必要的圖像亮度有比較多的環(huán)節(jié)供調整。Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

  鏡頭的接口指它與相機的連接接口,它們兩者需匹配,不能直接匹配就需考慮轉接。Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

  6.成本和技術成熟度Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

  如果以上因素考慮完之后有多項方案都能滿足要求,則可以考慮成本和技術成熟度,進行權衡擇優(yōu)選取。Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

  例如,要給硬幣檢測成像系統(tǒng)選配鏡頭,約束條件:相機CCD2/3in,像素尺寸4.65μm,C口。工作距離大于200mm,系統(tǒng)分辨率0.05mm。光源采用白色LED光源。Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

  基本分析如下:Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

 ?、倥c白色LED光源配合使用的,鏡頭應該是可見光波段。沒有變焦要求,選擇定焦鏡頭就可以了。Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

 ?、谟糜诠I(yè)檢測,其中帶有測量功能,所以,所選鏡頭的畸變要求小。Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

  ③工作距離和焦距。Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

  成像的放大率PMAG=4.65/(0.05x100)=0.093;Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

  焦距f'=LxM/(M+1)=200x0.093/1.093=17mm;Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

  物距要求小于200mm,則選擇的鏡頭要求焦距應該大于17mm。Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

 ?、苓x擇鏡頭的像面應該不小于CCD尺寸,即至少2/3in。Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

 ?、葭R頭的接口要求是C口,能配合相機使用。光圈暫無要求。Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

  從以上幾方面的分析計算可以初步得出這個鏡頭的”輪廓“:焦距大于17mm,定焦,可見光波段,C口,至少能配合2/3inCCD使用,而且成像畸變要小。按照這些要求,可以進一步挑選,如果多款鏡頭都能符合這些要求,可以擇優(yōu)選用。Z8o機器視覺檢測設備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質視覺

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