機(jī)器視覺工業(yè)鏡頭二十三名詞詳解 - 全文

機(jī)器視覺系統(tǒng)中，鏡頭相當(dāng)于人的眼睛，其主要作用是將目標(biāo)的光學(xué)圖像聚焦在圖像傳感器（相機(jī)）的光敏面陣上。視覺系統(tǒng)處理的所有圖像信息均通過鏡頭得到，鏡頭的質(zhì)量直接影響到視覺系統(tǒng)的整體性能。下面對機(jī)器視覺工業(yè)鏡頭的相關(guān)專業(yè)術(shù)語做以詳解。

一、失真

可分為枕形失真和桶形失真，如下圖示：

二、電視失真

實(shí)際邊長的歪曲形狀與理想的形狀的百分比算出的值。

三、光學(xué)倍率

四、監(jiān)視放大

計算方法：

例：VS-MS1＋10x鏡頭 1/2” CCD 照相機(jī), 14”監(jiān)視器上的成像

0.1mm的物體在監(jiān)視器得到的是44.45mm的成像
※有時根據(jù)TV監(jiān)視器的掃描狀態(tài)，以上的簡易計算將有一些變化。

五、解析度

表示了所能見到了2點(diǎn)的間隔0.61x 使用波長(λ)/ NA=解析度(μ)
以上的計算方法理論上可以計算出解析度，但不包括失真。
※使用波長為550nm

六、解像力

１mm中間可以看到黑白線的條數(shù)。單位（lp）/mm.

七、MTF（Modulation Transfer Function）

成像時再現(xiàn)物體表面的濃淡變化而使用的空間周波數(shù)和對比度。

八、工作距離（Working Distance）

鏡頭的鏡筒到物體的距離

九、O/I（Object to Imager）

物像間距離即物體到像間的長度。

十、成像圈

成像尺寸φ，要輸入相機(jī)感應(yīng)器尺寸。

十一、照相機(jī) Mount

C-mount: 1" diameter x 32 TPI: FB: 17.526mm
CS-mount: 1" diameter x 32 TPI: FB: 12.526mm
F-mount: FB:46.5mm
M72-Mount: FB 廠家各有不同

十二、視野 (FOV)

視野指使用照相機(jī)以后看到的物體側(cè)的范圍
照相機(jī)有效區(qū)域的縱向長度（V）/光學(xué)倍率（M）＝視野（V）
照相機(jī)有效區(qū)域的橫向長度（H）/光學(xué)倍率（M）＝視野（H）
＊技術(shù)資料上的視野范圍是指由光源及有效區(qū)域的一般數(shù)值計算出來的值。
照相機(jī)有效區(qū)域的縱向長度（V）or（H）=照相機(jī)一個畫素的尺寸×有効畫素數(shù)（V）or（H）
來計算。

十三、景深

景深是指成像后物體的距離。同樣，照相機(jī)側(cè)的范圍稱為焦點(diǎn)深度。具體的景深的值多少略有不同。

十四、焦距 (ｆ)
ｆ（Focal Length）光學(xué)系的后主點(diǎn)（H2）到焦點(diǎn)面的距離。

十五、FNO
鏡頭從無限遠(yuǎn)時，亮度表示的數(shù)值，值越小越亮。FNO=焦距/入射孔徑或有効口徑=f/D

十六、實(shí)效F
有限距離時鏡頭的明亮度。
實(shí)效F = (1 +光學(xué)倍率) x F#
實(shí)效F = 光學(xué)倍率 / 2NA

十七、NA（Numerical Aperture）
物體側(cè)的 NA = sin u x n
成像側(cè)的NA' = sin u'x n'
如下圖所示 入社角度 u, 物體側(cè)折射率n, 成像側(cè)的折射率' n'
NA = NA' x 放大率

十八、邊緣亮度
相對照度是指中央的照度與周邊的照度的百分比。

十九、遠(yuǎn)心鏡頭s
主光線與鏡頭光源平行的鏡頭。有物體側(cè)的遠(yuǎn)心，成像側(cè)的遠(yuǎn)心，兩側(cè)的遠(yuǎn)心行頭等方式。

二十、遠(yuǎn)心
Telecentricity是指物體的倍率誤差。倍率誤差越小，Telecentricity越高。Telecentricity有各種不同的用途，在鏡頭使用前，把握Telecentricity很重要。遠(yuǎn)心鏡頭的主光線與鏡頭的光軸平行，Telecentricity不好，遠(yuǎn)心鏡頭的使用效果就不好；Telecentricity可以用下圖進(jìn)行簡單的確認(rèn)。

二十一、景深 (DOF)
景深（Depth of Field）可以用以下的計算式計算出來：
景深 = 2 x Permissible COC x 實(shí)效F / 光學(xué)倍率2 = 允許誤差值 / (NA x 光學(xué)倍率)
(使用的是0.04mm的Permissible COC)

Airy Disk是指通過沒有失真的鏡頭在將光集中一點(diǎn)時，實(shí)際上形成的是一個同心圓。這個同心圓就叫做Airy Disk。Airy Disk的半徑r可以通過以下的計算公式計算出來。這個值稱為解析度。ｒ= 0.61λ/NA Airy Disk的半徑隨波長改變而改變，波長越長，光越難集中于一點(diǎn)。 例：NA0.07的鏡頭 波長550nm r=0.61*0.55/0.07=4.8μ

二十三、 MTF 及解析度
MTF（Modulation Transfer Function) 是指物體表面的濃淡變化，成像側(cè)也被再現(xiàn)出來。表示鏡頭的成像性能，成像再現(xiàn)物體的對比度的程度。測試對比性能，用的是具有特定空間周波數(shù)的黑白間隔測試。空間周波數(shù)是指１mm的距離濃淡變化的程度。

圖1所示，黑白矩陣波，黑白的對比度為100%.這個對象被鏡頭攝影后，成像的對比度的變化被定量化?；旧希还苁裁寸R頭，都會出現(xiàn)對比度降低的情況。最終對比度降低至0%。，不能進(jìn)行顏色的區(qū)別。

圖2、3顯示了物體側(cè)與成像側(cè)的空間周波數(shù)的變化。橫軸表示空間周波數(shù)，縱軸表示亮度。物體側(cè)與成像側(cè)的對比度由A、B計算出來。MTF由A,B的比率計算出來。

解析度與MTF的關(guān)系：解析度是指2點(diǎn)之間怎樣被分離認(rèn)識的間隔。一般從解析度的值可以判斷出鏡頭的好壞，但是實(shí)際是MTF與解析度有很大的關(guān)系。圖4顯示了兩個不同鏡頭的MTF曲線。鏡頭a 解析度低但是具有高對比度。鏡頭b對比度低但是解析度高。