远心镜 - 镜头选择与光学原理及设计工业机器视觉系统选择要素分析

A: 远心镜头设计时即考虑到景深、倍率、光圈、工作距离等参数取得最佳点，所以景深均为固定的数值，如要增长景深，而牺牲别的参数，会影响镜头质量。

Q: 如果要看到1μm的物体可用何种镜头？

A: 要看到小于1μm以下物体，必须用高倍显微物镜，但工作距离变得很小(约7㎜)，景深变得很浅了。

Q: 用远心镜头所放大的影像到底是多少倍？

A: 影像实总际放大倍率是等于镜头光学倍率×Monitor放大倍率，Monitor放大倍率是Monitor对角线除上CCD Sensor对角线(1/3〞CCD Sensor投射到14吋Monitor是59.3倍)。

Q: 远心镜头除了C-mount之外，可否提供其它mount选择？

A: 除了C-mount之外，还有直径φ17㎜及直径φ12㎜二种mount供选择，这些mount是针对笔型CCD专用的镜头。

三、像方远心光路原理及作用

像方主光线平行于光轴主光线的会聚中心位于物方无限远，称之为：像方远心光路
作用：可以消除像方调焦不准引入的测量误差，用途：大地测量仪器

四、双侧远心光路原理及作用

综合了物方/像方远心的双重作用。主要用于视觉测量检测领域。

优势：
1、大景深；
2、景深范围内物像倍率不变
3、低畸变通常<1%（全幅画面）
4、垂直成像时，无投影现象

劣势：
1、体积大、重量沉，由于平行光路入射，镜头的口径要大于被摄物体
2、焦距固定，变焦困难
3、工作距离相对较短
4、光阑小，需要更强的照明

在设计工业机器视觉系统时，使用工业数字相机还是工业模拟相机是最重要的决定之一。二者各有其优缺点，但归根结底要根据成本和一些关键操作因素来选择。如果考虑了这些因素，哪一项技术更有优势就会明朗化了。

机器视觉基础

机器视觉被应用于自动质量检验、工艺控制、参数测量和自动组装等等许多领域。在这些系统中，相机是决定着成本、速度和精度的关键组件。工业模拟相机和工业数字相机都可以用在这些系统中，而了解工业相机的性能规格及其在各种视觉任务中的重要性，对于把机器视觉付诸工业控制是最基本的一步。

机器视觉系统包括三个主要部分：工业相机、采集卡和存储并分析图像以提取信息的计算机（或图像处理器）。图像处理器和采集卡属于相对容易选择的电子装置，它们的主要参数是存储能力和处理速度。

工业相机是这些系统中情况最为复杂的部分。现代的工业模拟相机和工业数字相机采用电荷耦合器件（CCD）或互补金属氧化物半导体（CMOS）芯片来捕获图像并生成电子信号发送给计算机进行处理。

CCD和CMOS成像器由一系列方形光电池组成，它们将收集到的光子转化为电子，并将生成的电荷积蓄起来。在CCD中，当从芯片中每次读取一个像素时，电荷被转换成电压；而在CMOS中，每个光敏器件旁边的电路将光能转化成电压。

二者在图像质量上没有明显的优劣之分。基于CMOS的工业相机需要的部件较少，电耗较低，提供数据的速度也比基于CCD的相机快； 但CCD则是更为成熟的技术，能够以较低的噪声提供质量更好的图像，而弱点是数据传输速度较慢，不太灵活，部件较多和电耗较高。

信号精度

CCD和CMOS芯片在内部都生成模拟信号，因此，模拟相机和数字相机之间的主要区别在于图像是在哪里被数字化的。数字相机在相机里将信号数字化，并且通过串行总线接口（比如FireWire, USB, Camera Link, Gigabit Ethernet）将信号以数字方式传输给计算机（或图像处理器）。而在另一方面，模拟相机系统并不是在其内部将图像信号数字化（数字化是由计算机完成的），所以，模拟信息是通过同轴电缆而进行传输的。

尽管两种方法都能够有效地传输信号，但模拟信号可能会由于工厂内其他设备（比如电动机或高压电缆）的电磁干扰而造成失真。随着噪声水平的提高，模拟相机的动态范围（原始信号与噪声之比）会降低。动态范围决定了有多少信息能够被从相机传输给计算机。