工業(yè)鏡頭

　　鏡頭的基本功能就是實(shí)現(xiàn)光束變換（調(diào)制），在機(jī)器視覺系統(tǒng)中，鏡頭的主要作用是將成像目標(biāo)在圖像傳感器的光敏面上。鏡頭的質(zhì)量直影響到機(jī)器視覺系統(tǒng)的整體性能，合理地選擇和安裝鏡頭，是機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。

　　工業(yè)鏡頭作用

　　將折射率不同的各種硝材通過研磨，加工成高精度的曲面、把這些鏡頭進(jìn)行組合，就是設(shè)計(jì)鏡頭。從伽利略時(shí)代開始使用的普遍技術(shù)是其基本原理。為得到更清晰的圖像，一直在研究開發(fā)試制新的硝材和非球面鏡片。

　　工業(yè)鏡頭采用了哪些關(guān)鍵技術(shù)

　　1.調(diào)焦技術(shù)

　　對(duì)于鏡頭來講，不同物距上的目標(biāo)成像的像距是不同的。對(duì)于需要觀察的目標(biāo)，它的成像面不一定與相機(jī)感光面重合，為了得到清晰像，就需要調(diào)整成像面的位置使之與感光面重合，這個(gè)過程就是調(diào)焦。

　　整組移動(dòng)

　　這種調(diào)焦方式，就是調(diào)節(jié)過程中整個(gè)鏡頭一起前后移動(dòng)，帶動(dòng)像面隨之移動(dòng)，在像面與相機(jī)感光面重合時(shí)，成像最清晰。這種整體調(diào)焦方式，不改變鏡頭的光學(xué)結(jié)構(gòu)，鏡頭焦距沒有變化。

　　單組移動(dòng)

　　還有一種調(diào)焦方式，就是調(diào)節(jié)鏡頭中的某一組透鏡，使它想杜宇其他透鏡前后移動(dòng)，也能帶動(dòng)像面平移，最終使像面與感光面重合，達(dá)到成像清晰。這種調(diào)焦方式，改變了鏡頭的光學(xué)結(jié)構(gòu)，鏡頭焦距有所變化（一般不大）。

　　例如，前面的透鏡組對(duì)無窮遠(yuǎn)的目標(biāo)成像在Image面上（也是CCD感光面位置），后工作距離L’,現(xiàn)在要對(duì)近處目標(biāo)成像，像面位置在Image‘，為了成像清晰需要調(diào)焦。

　　一種辦法就是整個(gè)透鏡組一起相對(duì)CCD往前移動(dòng)，使后工作距離擴(kuò)大到L“，CCD感光面與像面重合，成像清晰。這種辦法就是整組移動(dòng)式調(diào)焦。如下圖所示。

　　還有一種調(diào)焦辦法：只移動(dòng)透鏡組中的某一（或幾個(gè)一起）單透鏡，也能達(dá)到調(diào)焦的目的，如下圖所示。將第四透鏡從位置A向前移動(dòng)到A‘，對(duì)近距離的目標(biāo)來說，成像面也回到與CCD重合的位置，使成像清晰。這種調(diào)焦方式就稱為單組移動(dòng)式調(diào)焦。

　　2.變焦技術(shù)

　　所謂變焦，指的是鏡頭本身可以通過調(diào)節(jié)，使焦距有較大的變化范圍（通常用焦距變化的倍數(shù)來衡量，例如4倍變焦指最大焦距是最小焦距的4倍）。這種鏡頭使用中，可以通過變焦，改變成像放大倍率（在“大場(chǎng)景“和”局部特寫“之間隨意轉(zhuǎn)換），適應(yīng)性強(qiáng)，使用范圍很廣。

　　變焦的實(shí)現(xiàn)方式：變焦過程中，通過光學(xué)系統(tǒng)中的兩組（或更多）透鏡相對(duì)移動(dòng)，改變整個(gè)系統(tǒng)（鏡頭）的組合焦距，且同時(shí)保證像面位置不動(dòng)，使圖像放大倍率改變而且成像始終清晰。

　　它與單組移動(dòng)式調(diào)焦不同的，單組移動(dòng)式調(diào)焦意在改變成像面的位置（雖然也會(huì)引起鏡頭焦距的微小改變）；而變焦意在改變鏡頭的焦距（一般都是數(shù)倍的改變），它要求穩(wěn)定像面不動(dòng)。

　　3.自動(dòng)光圈

　　調(diào)節(jié)鏡頭的光圈，實(shí)質(zhì)上是改變了孔徑光闌的孔徑大小，從而改變了進(jìn)光量，達(dá)到成像面亮度調(diào)節(jié)的目的。

　　這個(gè)過程，可以手動(dòng)完成，也可以通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)來完成，后一種實(shí)現(xiàn)方式就是自動(dòng)光圈調(diào)節(jié)。

　　4.遠(yuǎn)心（焦闌）鏡頭

　　遠(yuǎn)心光路，一般地，可以分為物方遠(yuǎn)心光路和像方遠(yuǎn)心光路兩種

　　孔徑光闌位于鏡頭像方焦面上（“焦闌“因此得名），入瞳位于物方無限遠(yuǎn)處，這樣的光路稱為物方遠(yuǎn)心光路。這種光路的特點(diǎn)：物方入射主光線（紅色表示）與光軸平行。

　　孔徑光闌位于物方焦面上，出瞳位于像方無限遠(yuǎn)處，這樣的光路稱為像方遠(yuǎn)心光路。這種光路的特點(diǎn)是：像方出射主光線（紅色表示）與光軸平行。

　　這兩種光路本質(zhì)上是相通的，是同一種光路（焦闌）的正向和反向應(yīng)用。它們較多的出現(xiàn)在測(cè)量儀器中，結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用會(huì)表現(xiàn)出格子的特點(diǎn)，需要加以注意。物方遠(yuǎn)心光路的成像特點(diǎn)是：像的大小對(duì)物距不敏感，但是對(duì)像距很敏感；而像方遠(yuǎn)心光路的成像特點(diǎn)是，像的大小對(duì)物距很敏感，但是對(duì)像距不敏感。

　　采用這兩種遠(yuǎn)心光路設(shè)計(jì)制作的鏡頭，分別稱作物方或者像方遠(yuǎn)心鏡頭。