機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中使用的工業(yè)相機(jī)、鏡頭和照明都對(duì)圖像的整體質(zhì)量做出了重要貢獻(xiàn)，而在工業(yè)鏡頭設(shè)計(jì)中有許多重要的特性，鏡頭分辨率、鏡頭畸變和光照均勻性等，直接影響機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)性能。

機(jī)器視覺(jué)鏡頭的主要特性及選擇

鏡頭畸變：除了分辨率的變化外，所有透鏡也會(huì)受到一定的空間畸變。

圖中顯示了如何以非線性方式拉伸或壓縮圖像，使整個(gè)傳感器的精確測(cè)量變得非常困難。雖然有一些軟件方法可以解決這個(gè)問(wèn)題，但它們無(wú)法考慮物體的物理深度，因此最好選擇質(zhì)量好的低失真鏡頭，而不是試圖在軟件中糾正這些錯(cuò)誤。

作為一般規(guī)則，較短焦距的鏡頭將具有比具有較長(zhǎng)焦距的鏡頭更大的失真，因?yàn)楣鈴母蟮慕嵌日丈涞絺鞲衅?。使用更?fù)雜的鏡頭設(shè)計(jì)，可以保持低失真，并且許多鏡頭制造商一直在努力研究他們的光學(xué)設(shè)計(jì)，使他們能夠?qū)⒖臻g失真降低到0.1％的數(shù)量級(jí)。

提示：為了以最小的成本最小化失真，較長(zhǎng)的工作距離將提供最佳的效果。

照明均勻性：所有來(lái)自鏡頭的圖像都存在漸暈，即從圖像中心到邊緣的光照強(qiáng)度降低，這可能會(huì)影響透鏡應(yīng)用的適用性。

鏡頭暈渲是由于光束被機(jī)械地遮擋(通常是被透鏡支架遮擋)而導(dǎo)致的對(duì)圖像邊緣的暈渲，這主要發(fā)生在透鏡的圖像圓(或格式)對(duì)于傳感器的尺寸太小時(shí)。

所有的鏡頭都受到“Cos4漸暈”的影響，這是由于光線必須經(jīng)過(guò)更遠(yuǎn)的距離到達(dá)圖像邊緣，并以淺角度到達(dá)傳感器。當(dāng)角度將光線聚焦到傳感器的非敏感部分時(shí)，在每個(gè)像素上都有微透鏡的鏡頭上。也可以最小化，如果鏡頭是由兩個(gè)f停止下來(lái)。通過(guò)提高整個(gè)傳感器的照明均勻性，鏡頭制造商可以消除對(duì)光強(qiáng)度補(bǔ)償?shù)男枨?，因?yàn)楣鈴?qiáng)度補(bǔ)償可能會(huì)在圖像中引入噪聲。

環(huán)境影響

許多視覺(jué)系統(tǒng)被部署在制造環(huán)境中，這意味著它們暴露在各種各樣的環(huán)境影響下，從污垢、濕度和溫度到機(jī)械和電磁效應(yīng)。有許多可用的防護(hù)罩，可以防止灰塵和濕氣的侵入。鏡頭組件的機(jī)械穩(wěn)定性對(duì)于避免模糊和確?？煽亢涂芍貜?fù)的測(cè)量至關(guān)重要。

大多數(shù)用于機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的鏡頭都是用金屬外殼和聚焦機(jī)制制造的，以保證鏡頭的穩(wěn)定性。許多鏡頭也提供了抗沖擊和振動(dòng)特性，使他們適用于最?lèi)毫拥沫h(huán)境。鏡頭制造商已經(jīng)提出了一系列的設(shè)計(jì)方案，其中一些獲得了專(zhuān)利，以限制鏡頭玻璃由于振動(dòng)和沖擊而移動(dòng)所產(chǎn)生的圖像位移。這些包括使用鎖定螺釘來(lái)防止焦點(diǎn)和光圈的移動(dòng)，甚至是固定光圈的移動(dòng)，以及透鏡體中所有元件的粘接。

鏡頭接口

將鏡頭固定到相機(jī)上是通過(guò)使用不同標(biāo)準(zhǔn)的鏡頭接口來(lái)實(shí)現(xiàn)的。機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用中最常用的是C-mount，它可以從各種鏡頭和配件中受益，包括提供計(jì)算機(jī)控制的光圈和聚焦的能力。

CS安裝座并不太常用與C-mount安裝座基本相同，但法蘭焦距縮短了5mm。較小的鏡頭卡口系統(tǒng)（如S-mount）通常用于板級(jí)相機(jī)和微型相機(jī)，這些鏡頭只允許最小的調(diào)整。

對(duì)于大幅面?zhèn)鞲衅骱途€掃描應(yīng)用，可以使用更大尺寸的F-mount系統(tǒng)，盡管越來(lái)越多地使用更強(qiáng)大的M42安裝座（有時(shí)稱(chēng)為T(mén)-mount）。但大幅面鏡頭不支持自動(dòng)控制光圈和對(duì)焦的能力。長(zhǎng)焦鏡頭也在機(jī)器視覺(jué)中得到應(yīng)用，最長(zhǎng)焦距可達(dá)600毫米。這些大幅面鏡頭主要為專(zhuān)業(yè)攝影師開(kāi)發(fā)，也包括電動(dòng)光圈和變焦，需要專(zhuān)門(mén)的EF鏡頭安裝座。

目前，越來(lái)越多的機(jī)器視覺(jué)相機(jī)采用EF安裝功能和EF鏡頭制造，其新穎的光學(xué)功能通過(guò)最近的直接分銷(xiāo)協(xié)議提供給更廣泛的機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)。

如何選擇鏡頭

有了如此多的機(jī)器視覺(jué)鏡頭選項(xiàng)，為特定的應(yīng)用選擇最好鏡頭并不簡(jiǎn)單。所以將系統(tǒng)作為一個(gè)整體來(lái)考慮非常重要。例如，許多現(xiàn)代的百萬(wàn)像素相機(jī)使用小的傳感器尺寸來(lái)降低成本，但由此產(chǎn)生的小像素尺寸需要更高的質(zhì)量，因此光學(xué)器件也更昂貴。對(duì)于某些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，選擇更昂貴、像素更大、光學(xué)要求更低的相機(jī)可能會(huì)有好處，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的成本。