因做專案需要用到工業相機,現對工業相機鏡頭引數進行解釋說明(部分為普通相機概念),以便了解。
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一、鏡頭主要引數

1.焦距(FocalLength)
焦距就是從鏡頭的中心點到膠平面(膠片或CCD)上所形成的清晰影像之間的距離,注意區分相機的焦距與單片凸透鏡的焦距是兩個概念,因為相機上安裝的鏡頭是多片薄的凸透鏡組成,單片凸透鏡的焦距是平行光線匯聚到一點,這點到凸透鏡中心的距離。焦距的大小決定著視角大小,焦距數值小,視角大,所觀察的範圍也大;焦距數值大,視角小,觀察範圍小,

相機焦距示意圖

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工業相機鏡頭焦距的引數用mm(毫米)來劃分的, 常規的有6mm, 8mm, 12mm,16mm,25mm ,35mm , 50mm,75mm.一般6mm鏡頭在15m以內,8mm鏡頭在20m以內,視角約50度,12mm在30-40m以內,約30度,16mm在40-60以內。
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較常見普通相機有8mm,15mm,24mm,28mm,35mm,50mm,85mm,105mm,135mm,200mm,400mm,600mm,1200mm等,還有長達2500mm超長焦望遠鏡頭。鏡頭根據其焦距的長短,也即拍攝時的視角,可分為標準鏡頭、廣角鏡頭、和長焦距鏡頭等。根據焦距能否調節分為定焦鏡頭和變焦鏡頭兩大類。
標準鏡頭的視角約50度左右,這是人單眼在頭和眼不轉動的情況下所能看到的視角,從標準鏡頭中觀察的感覺與我們平時所見的景物基本相同。35mm相機的標準鏡頭的焦距多為40mm,50mm或55mm。120相機的標準鏡頭焦距一般為80mm或75mm,相機片幅越大則標準鏡頭的焦距越大。而數碼相機由於其成像介質(CCD或CMOS)有大有小,標準鏡頭的焦距也不一致。
2.光圈(Iris)
光圈是一個用來控制光線通過鏡頭,進入機身內感光面光量的裝置,它通常是在鏡頭內,對於已經制造好的鏡頭,我們不可以隨意的改變鏡頭的鏡頭,但是可以通過在鏡頭內部加入多邊形或者圓形,並且面積可變的孔徑光柵來達到控制鏡頭通光量,這個裝置就是光圈。

光圈示意圖
光圈是如何控制進光量的呢?我們可以把相機的光圈,想象成人的瞳孔。當光線強烈時,瞳孔會自動變小;當光線變弱時,瞳孔便會自動放大,保證周圍的一切在視網膜上能正常成像。
人眼睛瞳孔
相機的光圈也是基於同樣的原理:當光線不足時,我們把光圈調大,自然可以讓更多光線進入相機,反之亦然。除了調整進光量之外,光圈還有一個重要的作用:調整畫面的景深。
用F表示,以鏡頭焦距f和通光孔徑D的比值來衡量,每個鏡頭上都標有最大F值,例如:8mm/F1.4代表最大孔徑D為5.7mm,F值越小,光圈越大,F值越大,光圈越小。
最佳光圈一般在f/4-f/8
3.景深(Depth of Field,DOF)
景深是指在被攝物體聚焦清楚後,在物體前後一定距離內,其影像仍然清晰的範圍。景深隨鏡頭的光圈值、焦距、拍攝距離而變化,光圈越大,景深越小(淺),光圈越小,景深越大(深)。焦距越長,景深越小,焦距越短,景深越大。距離拍攝物體越近時,景深越小,拍攝距離約遠,景深越大。

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焦點清晰,而前後方景物都比較模糊,它的景深(清晰部分)如下:
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淺景深
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深情深
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嘗試改變一下光圈:
光圈->f/1.8
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變化光圈->f/22

變化光圈->f/22

4.介面(Mount)
相機與鏡頭的連線方式,常用的包括C、CS、F、V、T2、Leica、M42x1、M75x0.75。
其中,c與cs介面的主要區別在於鏡頭與攝像機接觸面至鏡頭焦平面的距離不同,c型介面距離為17.5mm,cs型介面距離為12.5mm。
C型鏡頭與C型攝像機,CS型鏡頭與CS型攝像機可以配合使用,C型鏡頭搭配CS型搭配使用增加一個5mm的C/CS轉接環就可以啦。
5.對應最大CCD尺寸(SensorSize)
鏡頭成像直徑可覆蓋最大CCD晶片尺寸(感測器尺寸,一英寸=25.4mm),主要有:1/2″(eg:應該是1/2英寸,靶面高度應該是6.4,具體計算有待查詢)、2/3″、1″和1″以上。
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6.解析度(Resolution)
解析度代表鏡頭記錄物體細節的能力,以每毫米能夠分辨黑白對線的數量為計量單位,“線對/毫米(lp/mm)”,解析度越高的成像越清晰。我們常說的顯示解析度是螢幕影象的精密度,指圖形所能顯示畫素有多少。
7.工作距離(Workingdistance,WD)
鏡頭第一個工作面到被測物體距離
8.視野範圍(Field of View,FOV)
相機實際拍攝到的區域尺寸。
9.光學放大倍數(Magnification,b)
CCD/FOV,即晶片尺寸除以視野範圍。
10、數值孔徑(Numerical Aperture,NA)
  數值孔徑等於由物體與物鏡間媒質的折射率n與物鏡孔徑角的一半(a\2)的正弦值的乘積,計算公式為N.A=n*sina/2。數值孔徑與其它光學引數有著密切的關係,它與解析度成正比,與放大率成正比。也就是說數值孔徑,直接決定了鏡頭解析度,數值孔徑越大,解析度越高,否則反之。
11、後背焦(Flangedistance)
  準確來說,後倍焦是相機的一個引數,指相機介面平面到晶片的距離。但線上掃描鏡頭或者大面陣相機的鏡頭選型時,後倍焦是一個非常重要的引數,因為它直接影響鏡頭的配置。不同廠家的相機,哪怕介面一樣也可能有不同的後倍焦。

二、鏡頭選型

1.選擇鏡頭介面和最大CCD尺寸
  鏡頭介面只要可跟相機介面匹配安裝或可通過外加轉換口匹配安裝就可以了;鏡頭可支援的最大CCD尺寸應大於等於選配相機CCD晶片尺寸。
2.選擇鏡頭焦距
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如圖所示,在已知相機CCD尺寸、工作距離(WD)和視野(FOV)的情況下,可以計算出所需鏡頭的焦距(f)。
3.選擇鏡頭光圈
 鏡頭的光圈大小決定影象的亮度,在拍攝高速運動物體、曝光時間很短的應用中,應該選用大光圈鏡頭,以提高影象亮度。
4.選擇遠心鏡頭
 遠心鏡頭是為糾正傳統鏡頭的視差而特殊設計的鏡頭,它可以在一定的物距範圍內,使得到的影象放大倍率不會隨物距的變化而變化。遠心鏡頭與傳統鏡頭對比,如圖:
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三、工業相機與普通相機的差別

工業相機是機器視覺系統中的一個關鍵元件,其本質的功能就是將光訊號轉變為有序的電訊號,選擇合適的相機也是機器視覺系統設計中的重要環節,相機的選擇不僅直接決定所採集到的影象解析度、影象質量等。同時也與整個系統的運營模式直接相關。
主要區別主要在:
1.工業相機效能穩定可靠易於安裝,相機結構緊湊結實不易損壞,連續工作時間長,可在較差的環境使用,一般的數碼相機是做不到這些的,比如:讓民用的數碼相機一天工作24小時或連續工作幾天肯定會受不了的。
2.工業相機的快門時間非常短,可以抓拍高速運動的物體。
例如:把名片貼在電風扇扇葉上,以最大速度旋轉,設定合適的快門時間,用工業相機抓拍一張影象,仍能夠清晰辨別名片上的文字,用普通相機抓拍是不可能達到這樣的效果的。
3.工業相機的影象感測器是逐行掃描的,而普通的影象感測器第隔行掃描的,逐行掃描的圖形感測器生產工藝比較複雜,成品率比較低,出貨量少,世界上只有少數公司能夠提供這類產品,例如Dalsa、Sony而且價格昂貴。
4.工業相機的幀率遠遠高於普通相機。
工業相機每秒能夠拍攝到十副到幾百幅圖片,而普通相機只能拍攝2-3幅影象,相差較大。
5.工業相機輸出的事裸資料(Raw data)其光譜範圍也往往比較寬,比較適合高質量的影象處理演算法,例如機器視覺應用,而普通相機拍攝的圖片,其光譜只適用人眼視覺,並且經過mjpeg壓縮,影象質量較差,不利於分析處理。
6.工業相機相對比普通相機(DSC)來說價格昂貴。
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3、工業相機與普通數字式照相機結構框圖的主要區別:

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