机器视觉中的镜头介绍

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。