Page 21 - VSDC_MayJun2018_eMag

技术趋势
Technology Trends

镜头选择
机器视觉设计者

如何选择合适的镜头？

文/Andrew Wilson

对于机器视觉系统设计者来说，由于市场上存在诸多 1000（lp/mm）/2× 像素尺寸（μm）
不同类型、不同分辨率和不同图像失真特性的镜头产品可 因此，基于 CMOSIS 公司（现为 ams）CMV20000
供选择，因此针对某一特定应用，在选择镜头时进行性价 图像传感器的相机，像素尺寸为 6.4μm×6.4μm，图像传
比权衡，变得更加复杂。 感器的最大分辨率为 78.125 lp/mm。
定焦镜头由于成本低廉，仍然是许多机器视觉系统的 为给该相机配备一款镜头，开发者需要研究不同镜
中流砥柱 ；同时市场上也存在着其他诸多镜头选择，包括 头的调制传递函数（MTF）。MTF 可以衡量镜头“以特定
变焦距、缩放、远心、360°光学和液体等镜头产品，每种 分辨率将对比度从物体传输到图像的”能力。在 Edmund
镜头都在满足特定应用方面具有自身的独特优势。 Optics 公司网站上（www.edmundoptics.com）发布的一个
例子中，Sony 公司的 ICX625 传感器大小为 2/3 英寸，像
确定焦距 素尺寸为 3.45μm，最大分辨率为 145lp/mm，配备焦距
在选择任何特定的镜头之前，必须确定其焦距。焦距 12mm 的镜头（见图 1）。在这里，理论上可能获得的最大
的选择取决于成像缺陷所要求的分辨率、被成像物体的大 对比度接近 70％（在 150 lp/mm 时），尚没有镜头设计可
小以及物体与相机的距离。这里所说的焦距，是指镜头的 以达到更高的水平。因此，将高性能的百万像素级相机与
光心和相机的图像传感器之间的距离。 分辨率差的镜头相匹配、或是为低端相机配备高性能镜头，
通过改变镜头的焦距，可以获得不同大小的视场 都会导致最终获得低对比度的图像。
（FOV）。选择镜头的正确焦距，取决于物体距相机 / 镜头
系统的工作距离、所要求的视场和图像传感器的尺寸，镜
Contrast (%)
头的焦距可由以下公式确定 ： MTF: f/2.8, 150mm WD, 12mm FL
100
焦距 = 放大倍数 × 工作距离 /（1+ 放大倍数）
90
其中，放大倍数 = 传感器尺寸 /FOV。
80
因此，对于相同的工作距离，传感器尺寸越大，产生 70
的视场也越大。例如，荷兰 Adimec 公司的 Opal-2000 相 60
机的传感器尺寸为 2/3 英寸，对于 50mm（水平）的 FOV 50
40
和 200mm 的工作距离，估算镜头的焦距为 29.93mm。
30
在选择镜头时，镜头的分辨率必须要与相机图像传感 20
Pixel size: 10µm 5µm
器的特性相匹配。因此，系统开发人员必须要在相机和镜 10
头之间进行仔细地匹配。 0
0.0 75.0 150.0
要做到这一点，必须要了解相机中使用的图像传感器 Spatial frequency in cycles per mm
的特性。相机的分辨率取决于图像传感器的像素尺寸，其 图1：索尼的2/3英寸IXC625传感器，像素尺寸为3.45μm，最大分辨率为
145lp/mm，配备焦距12mm的镜头，理论上可获得的最大对比度为70％（在
可以按照线对 /mm（lp/mm）的方式计算如下 ： 150 lp/mm时）。

18 May/Jun 2018 视觉系统设计 Vision Systems Design China