機(jī)器視覺(jué)工程師應(yīng)該了解的十六個(gè)工業(yè)鏡頭專業(yè)術(shù)語(yǔ)

機(jī)器視覺(jué)雖然發(fā)展了這么多年，但很多人認(rèn)識(shí)機(jī)器視覺(jué)工業(yè)鏡頭或工業(yè)相機(jī)還是用民用數(shù)碼相機(jī)的概念來(lái)直接套用，造成認(rèn)知誤差，甚至導(dǎo)致重要項(xiàng)目或研究因?yàn)?a href="http://www.ttokpm.com/v/tag/1751/" target="_blank">硬件的選型不到位而失敗，走了很多彎路，浪費(fèi)財(cái)力、物力、精力耽擱時(shí)間。

8月22日，機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（CMVU）以不同形式正式對(duì)外（國(guó)內(nèi)）發(fā)布《工業(yè)數(shù)字相機(jī)術(shù)語(yǔ)》和《工業(yè)鏡頭術(shù)語(yǔ)》標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)專家介紹，這兩項(xiàng)“標(biāo)準(zhǔn)”的制定填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)行業(yè)的空白，必將在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)生較大反響，將有力提升中國(guó)產(chǎn)品的國(guó)際地位和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。據(jù)了解，2018年初，機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟牽頭組織聯(lián)盟18家會(huì)員單位，開(kāi)展了為期2年的“標(biāo)準(zhǔn)”聯(lián)合編寫工作，從起初討論術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)的編寫原則，明確編寫思路和框架結(jié)構(gòu)，到開(kāi)始進(jìn)行廣泛查閱同類產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)外企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)和大量走訪調(diào)研，并根據(jù)查閱收集相關(guān)國(guó)外先進(jìn)國(guó)家的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)做法，最終形成了初步的“標(biāo)準(zhǔn)”版本，通過(guò)起草成員單位多次不同階段的討論和修改，并經(jīng)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院基礎(chǔ)所專家審查核對(duì)，最終完成了《工業(yè)數(shù)字相機(jī) 術(shù)語(yǔ)》和《工業(yè)鏡頭 術(shù)語(yǔ)》編寫工作。這兩項(xiàng)“標(biāo)準(zhǔn)”的制定，既避免了與現(xiàn)有的國(guó)標(biāo)術(shù)語(yǔ)產(chǎn)生沖突，同時(shí)又兼顧到實(shí)際使用者的技術(shù)訴求以及未來(lái)標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)向性和科學(xué)性。

機(jī)器人視覺(jué)目前已成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化和智能化的核心關(guān)鍵點(diǎn)之一，尤其在中國(guó)，科技發(fā)展日新月異，機(jī)器視覺(jué)行業(yè)伴隨制造業(yè)的強(qiáng)勢(shì)崛起，受到各行業(yè)的廣泛關(guān)注和充分的工業(yè)應(yīng)用，所以機(jī)器視覺(jué)工業(yè)鏡頭的相關(guān)專業(yè)術(shù)語(yǔ)我們不得不了解。

一、遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)：

指主光線平行于鏡頭光學(xué)軸的光學(xué)系統(tǒng)。而光從物體朝向鏡頭發(fā)出，與光學(xué)軸保持平行，甚至在軸外同樣如此，則稱為物體側(cè)遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。光從鏡頭朝向影像，與與光學(xué)軸保持平行，甚至在軸外同樣如此，則稱為影像側(cè)遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。

二、遠(yuǎn)心鏡頭：

遠(yuǎn)心鏡頭指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。

通常的鏡頭

主光線與鏡頭光軸有角度，因此工件上下移動(dòng)時(shí)，像的大小有變化。

兩方遠(yuǎn)心境頭

主物方，像方均為主光線與光軸平行

光圈可變，可以得到高的景深，比物方遠(yuǎn)心境頭更能得到穩(wěn)定的像

最適合于測(cè)量用圖像處理光學(xué)系統(tǒng)，但是大型化成本高

物方遠(yuǎn)心境頭

只是物方主光線與鏡頭主軸平行

工件上下變化，圖像的大小基本不會(huì)變化

使用同軸落射照明時(shí)的必要條件，小型化亦可對(duì)應(yīng)

像方遠(yuǎn)心境頭

只是像方主光線與鏡頭光軸平行

相機(jī)側(cè)即使有安裝個(gè)體差，也可以吸收攝影倍率的變化

用于色偏移補(bǔ)償，攝像機(jī)本應(yīng)都采用這種鏡頭

三、遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)的特色：

優(yōu)點(diǎn)：更小的尺寸。減少鏡頭數(shù)量，可降低成本。

缺點(diǎn)：上下移動(dòng)物體表面時(shí)，會(huì)改變物體尺寸或位置。

優(yōu)點(diǎn)：上下移動(dòng)物體表面時(shí)，不會(huì)改變物體尺寸或位置。使用同軸照明時(shí)。可使用更小的尺寸。

缺點(diǎn)：未使用同軸照明時(shí)，大于標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的尺寸。

優(yōu)點(diǎn)：與MML相似，但鏡頭凸緣后端的尺寸出現(xiàn)極大差異時(shí)，會(huì)改善精確度。

缺點(diǎn)：與MML相似，但成本比MML更高。

四、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(jiǎn)單的確認(rèn)。

五、分辨率（μm）：

光學(xué)系能力的尺度，表示黑白格狀圖案通過(guò)鏡頭觀察時(shí)，1mm中可以分辨觀察到黑白條紋的最多對(duì)數(shù)。分辨率為兩點(diǎn)間在無(wú)法識(shí)別前，能靠近的最近距離測(cè)量值，例如1μm的分辨率代表兩點(diǎn)間在無(wú)法識(shí)別前，能靠近的最近距離為1μm。以下為根據(jù)鏡頭的無(wú)相差光衍射情況計(jì)算理論分辨率的公式。

六、分辨力（Lines／mm）：

分辯力指黑白網(wǎng)線圖鏡頭里影像內(nèi)1mm面積，可識(shí)別的黑白兩色條紋數(shù)。分辨力的單位為線條／mm，例如100線條／mm代表可識(shí)別黑白間距1／100mm（10μm）。黑白線條的寬度為1／200mm（5μm）。

七、水平TV分辨率（TV線條）：

寬度里的黑白水平線總條數(shù)，相當(dāng)于電視機(jī)屏幕垂直高度的高度值。屏幕的垂直與水平長(zhǎng)度比率通常為3：4，因此水平寬度里的總條數(shù)為3／4。電視機(jī)水平分辨率為240TV條線，電視機(jī)屏幕水平寬度的總條數(shù)為320條線。測(cè)量鏡頭的分辨率時(shí)，一組黑色與白色線條應(yīng)視為一條線，但是在電視機(jī)分辨率線條方面，一組視為2TV線條。

八、失真（％）：

失真為光學(xué)軸外的直型物體，呈現(xiàn)曲線時(shí)的鏡頭像差。鏡頭失真也稱為鏡頭畸變，即光學(xué)透鏡固有的透視失真的總稱，可分為枕形失真和桶形失真，直線朝向中心的失真情況為枕形失真（Pincushion Distortion），向外擴(kuò)張的失真稱為桶形失真（Barrel Distortion）。如下圖示：

九、TV失真（％）：

TV屏幕上的影像失真。數(shù)值越接近零，牲能越高。

十、電視失真：

實(shí)際邊長(zhǎng)的歪曲形狀與理想的形狀的百分比算出的值。

十一、孔徑效率邊際光量（％）：

孔徑效率為使用鏡頭拍攝均勻亮度的物體時(shí)，成像盤光學(xué)軸與四周區(qū)域之間的亮度差異，單位為百分比（％），假設(shè)中央亮度為100，為鏡頭的光學(xué)特征之一。

十二、遮蔽（％）：

遮蔽為使用鏡頭與CCD－TV鏡頭拍攝均勻亮度的物體時(shí)，電視機(jī)屏幕中央與邊緣之間的亮度差異，單位為百分比（％）。通常使用受光組件與CCD組件的功率比計(jì)算此百分比。遮蔽意指鏡頭與TV鏡頭的整體表現(xiàn)，可使用遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)以縮小遮蔽的情況。

十三、色差：

在鏡頭光學(xué)統(tǒng)中，形成影像的位置與影像放大倍率隨光線波長(zhǎng)的不同而不同。不同波長(zhǎng)的光線有不同的顏色，這叫做色彩失真。光學(xué)軸上的失真叫做色彩失真。放大倍率的差異則叫做放大倍率色彩失真。

十四、工作距離（WD）（mm）：

工作距離指鏡頭第一個(gè)工作面到被測(cè)物體的距離。

十五、物像間距離O／I（Object to Imager）

OI指物體到結(jié)像平面的距離。

十六、焦距f（mm）后焦距／前焦距

焦距為光學(xué)系統(tǒng)的主光點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離。從最后一片鏡頭的頂點(diǎn)到后焦點(diǎn)的距離，為后焦距。從第一片鏡頭的頂點(diǎn)到前焦點(diǎn)的距離，為前焦距。

審核編輯 黃昊宇