机器视觉中的镜头介绍

机器视觉光学系统中镜头的作用是将目标聚集在图象传感器的光敏面上，镜头质量的好坏直接影响到机器视觉的整体性能，合理选择光学镜头是机器视觉系统设计的一个重要环节。

机器视觉是一项综合技术，包括图像处理、机械工程技术、控制、电光源照明、光学成像、传感器、模拟与数字视频技术、计算机软硬件技术(图像增强和分析算法、图像卡、 I/O卡等)。一个典型的机器视觉应用系统包括图像捕捉、光源系统、图像数字化模块、数字图像处理模块、智能判断决策模块和机械控制执行模块。

机器视觉中镜头的作用是将目标聚集在图象传感器的光敏面上，镜头质量的好坏直接影响到机器视觉的整体性能，合理选择光学镜头是机器视觉系统设计的一个重要环节。

机器视觉光学系统的镜头一般由一组透镜和光阑组成，下面分别做简单介绍：

1.透镜

透镜包括凸透镜和凹透镜两种，其中凸透镜对光线具有会聚作用，也称为会聚透镜或正透镜；凹透镜对光线有发散作用，也称为发散透镜或负透镜。由于正负透镜具有相反的作用，所以经常将两者配合使用，以矫正像差或其他失真。

2.光阑

进入镜头的光束大小一般由透镜框和其他机械结构决定。通常在镜头中设置设置带孔的金属薄片以限制光束的大小，称为光阑，其通光孔一般为圆形并中心在透镜的中心轴上。为了调节进光量，普通镜头都具有光圈调节环，调节环转动时带动镜头内的黑色叶片以光轴为中心做伸缩运动，称为可变孔径光阑。镜头中决定成像面大小的光阑称为视场光阑。镜头的镜管通常被加工成罗纹状并漆成黑色以消除杂光的影响。

3.自动光圈

在机器视觉中，自动光圈的主要作用是通过自动调整光圈控制入射光通量的大小，从而使CCD获得理想的曝光，以获得理想的图象。自动光圈镜头目前主要有两类：一类是视频驱动型(Video)，另一类是直流驱动型（DC）。

4.变焦镜头

变焦镜头的成像质量一般低于固定焦距镜头，但在无须改变物距的情况下通过焦距变化即可获得清晰的图象，从而提高了机器视觉的设计灵活性。

5.自动调焦

自动调焦镜头可以根据不同的成像目标对镜头的焦距进行自动调整，从而确保在多种应用下都能实现精确聚焦。CCD相机一般采用差分式对比传递函数方式进行自动调焦。

6.镜头接口

物镜的接口尺寸国际标准共有三种：F型、C型、CS型。F型比较通用，一般实用于焦距大于25mm的镜头，而小于25mm时因为物镜的尺寸不大，便采用C型或CS型。

7.镜头性能

镜头的性能指标主要包括焦距、相对孔径、视场角度和光谱特性几个方面。根据不同的应用条件，需要做相应选择。