3D视觉传感器镜头的基本原理及主要参数

3D机器视觉镜头的光学系统一般是由若干组透镜组成。每组透镜可能是一个单透镜，也可能是由两片或两片以上单片透镜互相胶合而成。

光学镜头的主要参数

视野(Fieldofview):或者叫视场角，图像采集设备所能够覆盖的范围，即和靶面上的图像所对应的物平面的尺寸;

工作距离(WorkingDistance):一般指镜头前端到被测物体的距离，小于最小工作距离系统一般不能清晰成像;

景深(DepthOfField)以镜头最佳聚焦时的WD为中心，前后存在一个范围，在此范围内镜头 都可以清晰成像。

相对孔径:是指该镜头的入射光孔直径(用D表示)与焦距(用f表示)之比，即D/f;

最大相对孔径:它往往标示在镜头上，如1:1.2或f/1.2;

光圈系数:相对孔径的倒数称为光圈系数，用F表示。

分辨率(Resolution)

指在像面处镜头在单位毫米内能够分辨的黑白相间的条纹对数。

分辨率为1/2d，d为线宽。单位是”线对/毫米”(lp/mm)

分辨率(Resolution) 理想镜头的焦平面上能分辨清的条纹之间的间距为

δ=1.22λ·F 其倒数即为理想镜头的分辨率，λ为光的波长，F为光圈系数值
NL=1/(1.22λ·F)

大多数便宜的镜头分辨率在50lp/mm，相当于水平分辨率700个像素，用于对分辨率要求不高的视觉系统，和相当于VGA级以下分辨率的相机相配。

百万像素级以上的镜头，镜头分辨率可达100lp/mm及以上，和相当于水平分辨率达1280的相机相配。

影响分辨率的主要因素:

镜头结构、材质、加工精度等。其它因素:

镜头光圈越大，分辨率越高;

光波长度，波长越短分辨率越高;

同档次的固定焦距镜头比变焦镜头分辨率高;

短焦镜头一般边缘分辨率比中心低，长焦镜头 一般中心比边缘分辨率低。

景深和镜头的焦距、光圈、物距有关:

光圈越小，景深越大

拍摄距离越大，景深越大;

焦距越短，景深越大。

镜头的畸变

被摄物平面内的主轴外直线，经光学系统成像后变为曲线，则此光学系统的成像误 差称为畸变。

畸变像差只影响成像的几何形状，而不影响成像的清晰度。

畸变定义为实际像高y‘与理想像高yo之差y’-yo‘，而在实际应用中经常将其与理想像高yo‘之比的百分数来表示畸变，称为相对畸变

短焦距镜头一般表现为桶形失真，长焦距镜头一般表现为枕形失真。

人眼感觉不到小于2%的畸变。在进行精度较高的测量时，需要校正畸变!

定焦距镜头

变焦距镜头

特殊镜头

微距镜头(Macro)

显微镜头(Micro)
远心镜头(Telecentric)

红外线镜头(Infrared)

紫外线镜头(Ultraviolet)

镜头的分类

定焦距镜头按等效焦距分为:

鱼眼镜头:6-16mm

超广角镜头:17-21mm

广角镜头:24-35mm

标准镜头:45-75mm

长焦镜头:150-300mm

超长焦镜头:300mm以上

机器视觉镜头都是厚透镜。但在大多数情况下，薄透镜的几何关系和参数计算，可以用来作为选择镜头的依据。

来源：Magichan