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【光电智造】机器视觉镜头选型

今日光电 2026-01-15 18:00
【边缘AI第3讲】高性能AI MCU应用方案 从散热瓶颈到散热突破：SiC系统设计

今日光电

  有人说，20世纪是电的世纪，21世纪是光的世纪；知光解电，再小的个体都可以被赋能。追光逐电，光引未来...欢迎来到今日光电！


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在机器视觉系统的构建中，选择合适的镜头是决定成像质量与检测精度的关键环节。面对市场上种类繁多的镜头类型，如何为特定应用场景挑选适合的工业镜头，常常成为技术决策中的挑战。
本篇将主要通过下列四个方面，系统化地介绍机器视觉镜头的择选方式及注意事项。
  • 光学核心参数：焦距、光圈、分辨率等关键指标的选择逻辑
  • 镜头类型应用：各类型工业镜头与其适用的检测场景介绍
  • 接口标准差异：不同接口的实际应用区别与适配方案
  • 镜头选型方法与常见错误：工业镜头选型步骤及选型时常见错误
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在机器视觉领域，镜头在捕捉精确、高质量的图像方面起着至关重要的作用。镜头决定了焦距、工作距离和光圈等因素，这些因素直接影响图像的清晰度和景深。

PART 01 机器视觉镜头类型

比较常见的检测镜头类型有线扫镜头、远心镜头、FA镜头、微距镜头、VR镜头、萨姆镜头以及面阵镜头等，对应不同的应用场景功能特点各有不同。

线扫镜头

主要应用在PCB行业、屏幕检测缺陷检测、印刷检测、锂电极片/薄膜检测、卷材检测、食品饮料色选等。
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                                      PCB AOI&AVI检测

远心镜头

用于半导体/五金等精密零部件，小零部件检测、各种精密组装定位等。
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                                                         PCBA 检测

大面阵定焦镜头

主要用在屏幕、动力电池组件检测、3C成品检测。

FA定焦镜头/微距镜头

应用广泛，各种点胶机定位、各种一般组装机定位、光伏组件成品外观检测、二手3C产品外观检测等都可以考虑使用面阵系列镜头。
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                                           光伏组件检测实拍

此外，不同类型镜头也可以在同一环境下互相搭配使用。
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                                           组件检测

PART 02 选择镜头时需考虑哪些因素

焦距

它决定了被测物体的聚焦和放大倍率。镜头的焦距决定了镜头与图像传感器之间的距离，从而影响图像质量。合适的焦距取决于应用和所需的视场角，选择焦距与相机传感器尺寸相匹配的镜头至关重要。
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工作距离

即镜头与被测物体之间的距离，镜头应在所需的工作距离下保持清晰的焦点，以确保获得准确的检测结果。

光圈

光圈设置决定了进入镜头的光量。更大的光圈允许更多光线通过，从而获得更明亮的图像。然而，更大的光圈会减小景深，使保持所有物体清晰对焦变得更加困难；另一方面，更小的光圈会增加景深，但可能需要更长的曝光时间或额外的照明。

对焦

对于精确的机器视觉应用而言，获得清晰的对焦至关重要。焦点决定了物体在图像中清晰可见的距离。选择具有合适焦距和对焦机制的镜头，以实现所需的细节和清晰度，这一点非常重要。

景深

景深是指物体在图像中清晰可见的距离范围。景深受光圈设置、焦距以及镜头与物体之间的距离的影响。了解景深对于确保视野中的所有关键特征都清晰对焦至关重要。

视场角

我们需要确定应用所需的视场角，即镜头能够捕捉到的场景区域。视场角取决于待检测物体的大小以及相机与物体之间的距离。

分辨率要求

应用的分辨率要求决定了镜头需要捕捉的最小细节级别。分辨率要求取决于物体的大小以及检测所需的精度等因素。

PART 03 镜头接口

在为我们的应用选择合适的机器视觉镜头时，了解不同的接口至关重要。接口类型决定了镜头如何连接到相机，并在确保兼容性和功能性方面起着至关重要的作用。
CS 型接口镜头与C 型接口镜头类似，但距离更短，为12.5 毫米。不过，C 型接口镜头可以通过5 毫米延长管用于CS 型接口相机。
选择接口时，需考虑相机和镜头的兼容性，以及镜头到图像传感器的所需距离。

PART 04 如何为视觉系统匹配合适的镜头

为机器视觉应用选择合适的镜头时，需要考虑以下几个方面。
  1. 了解应用的具体需求，包括光照条件、物体尺寸和所需的细节水平等因素。
  2. 考虑视场角和工作距离有助于确定合适的镜头焦距。
  3. 镜头与相机传感器的匹配对于确保兼容性和最佳图像质量至关重要。
  4. 评估镜头的光学质量，包括分辨率、畸变和色差等因素，有助于确保机器视觉性能的准确性和可靠性。

镜头与相机传感器的匹配

在为我们的机器视觉系统选择合适的镜头时，我们需要考虑几个因素来匹配镜头和相机传感器。这些因素包括：

传感器尺寸

镜头必须与相机传感器的尺寸兼容，以确保正确的图像捕捉和分辨率。

焦距

镜头的焦距决定了视野范围和图像放大倍率。应根据所需的检测区域和物体尺寸选择合适的焦距。

镜头接口

镜头接口应与相机接口匹配，以确保连接牢固稳定。

如何评估镜头的光学质量

通过仔细评估镜头的光学质量，我们可以为机器视觉应用选择合适的镜头。评估镜头的光学质量时，需要考虑以下几个重要因素：
畸变：是指图像偏离直线，这会影响测量精度。
渐晕：是指图像边缘变暗的现象，这会影响照明均匀性。
色差：是指图像边缘出现的彩色条纹。
为了帮助理解这些因素，下表提供了直观的图示：
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PART 05 选择镜头时需注意的常见错误

1.忽视镜头在系统中的重要性

选择机器视觉镜头时，一个常见的错误是忽视镜头在系统中的重要性。以下是镜头在机器视觉应用中至关重要的三个关键原因：

最佳图像质量

镜头在捕捉高质量图像方面起着至关重要的作用。它决定了分辨率、畸变和色彩准确度等因素。选择合适的镜头可以帮助系统准确分析图像。

合适的视场角

镜头决定了视场角，即相机可以捕捉的区域。选择具有合适焦距的镜头至关重要，以确保覆盖所需区域并捕捉到必要的细节。

与相机和灯光设备的兼容性

镜头必须与相机和灯光设备兼容才能发挥最佳性能。需要考虑镜头卡口类型、传感器尺寸和工作距离等因素，以确保与系统其他部分无缝集成。
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2.忽略环境因素

根据我们的经验，在选择机器视觉镜头时，环境因素极容易被忽略。这种疏忽会导致镜头性能和使用寿命出现严重问题。
温度、湿度和灰尘等环境因素会对镜头产生不利影响，最终影响机器视觉系统的精度和可靠性。极端温度会导致镜头变形或影响内部组件，而高湿度会导致镜头内部出现冷凝和起雾现象。
此外，灰尘颗粒会积聚在镜头表面，导致图像质量下降，并可能损坏镜头。因此，评估机器视觉系统运行的环境条件，并选择一款专为应对这些条件而设计的镜头至关重要。

3.忽略分辨率和图像质量

我们在选择机器视觉镜头时是否考虑过分辨率和图像质量？为了确保结果的准确性和可靠性，考虑这些因素至关重要。以下是一些常见的错误：

忽略分辨率要求

· 镜头分辨率与相机传感器分辨率不匹配会导致图像质量下降，并丢失重要细节
· 选择分辨率低于要求的镜头会限制系统精确检测和测量物体的能力

忽略镜头镀膜和光学质量

· 镀膜可以减少反射并提高透光率，从而获得更清晰的图像
· 选择具有卓越光学性能的高品质镜头可以最大限度地减少像差，并确保图像更清晰、更准确

忽略图像畸变

· 镜头畸变会影响测量精度，并导致分析错误
· 了解镜头的畸变特性并选择畸变最小的镜头对于精确的机器视觉应用至关重要
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PART 06 机器视觉镜头厂商

当工业自动化和质量控制领域进入高速发展时，镜头技术也在同步快速进行着更新迭代，从日本的Fujifilm Corporation、Tamron Co，到欧美、中国的Schneider Kreuznach、Zeiss Group、Opto Engineering、Edmund Optics、DZOPTICS，都在产业化进程中充当着至关重要的角色。
这些专业公司设计和生产专为机器视觉系统需求量身定制的精密光学元件，从而在各个行业实现高分辨率成像、精确检测和更高的生产效率。
原文链接：https://blog.csdn.net/DZOPTICS/article/details/156421179
来源：新机器视觉
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