工業(yè)鏡頭和其他鏡頭，例如單反鏡頭、安防鏡頭、手機(jī)鏡頭，在使用場(chǎng)景上、性能上、設(shè)計(jì)上和生產(chǎn)上都是有差異的。所以要在挑選工業(yè)鏡頭之前，我們需要了解工業(yè)鏡頭的測(cè)評(píng)的指標(biāo)，專(zhuān)業(yè)精密的鏡頭測(cè)試儀器可以對(duì)一支鏡頭給出幾十頁(yè)的報(bào)告，價(jià)格也非常昂貴。作為鏡頭使用者而非生產(chǎn)者，使用一些簡(jiǎn)單的工具和算法也能實(shí)現(xiàn)鏡頭評(píng)測(cè)。

分辨率

分辨率是[工業(yè)鏡頭]的重要參數(shù)，指的是它能分辨開(kāi)兩個(gè)靠近的點(diǎn)物的能力。一般使用每毫米線對(duì)數(shù)LP/mm來(lái)表示，使它描述了鏡頭能分辨最小距離的能力。我們可以把鏡頭可以看成是一個(gè)低通濾波器。信息經(jīng)過(guò)鏡頭后，帶有細(xì)節(jié)的高頻信息會(huì)有所減弱。

分辨率單位的意思是在每毫米里面能分辨多少對(duì)像素，例如200LP/mm，就是在1毫米里面能分辨200對(duì)像素，就是400個(gè)，也就是說(shuō)相機(jī)方面的像元要在1除以400，也就是2.5微米，這樣鏡頭的分辨率才不會(huì)被浪費(fèi)。

測(cè)試鏡頭分辨率時(shí)，我們一般使用分辨率板USAF1951（圖1），USAF1951可以讀取鏡頭能分辨細(xì)小的線寬，我們就可以準(zhǔn)確的讀出鏡頭的物方分辨率。就可以知道系統(tǒng)的分辨能力，然后通過(guò)放大倍率的換算可以換算成像方分辨率。再和相機(jī)的分辨率做比較，就可以知道鏡頭和相機(jī)是否匹配了。

圖1

在測(cè)試的時(shí)候一定要把視野中心調(diào)至清晰，再分別讀取中心和四角的讀數(shù)。注意下，不同的鏡頭對(duì)比測(cè)試時(shí)，要保證光圈和工作距離的一致。測(cè)試分辨率至少要測(cè)中心和四角5個(gè)點(diǎn)，好的鏡頭四角成像差異不大。對(duì)FA鏡頭來(lái)說(shuō)中心成像肯定優(yōu)于邊緣。

圖2

圖2 為兩款同樣規(guī)格不同生產(chǎn)廠商的鏡頭，一個(gè)鏡頭有明顯的場(chǎng)曲即中心和周邊分辨率相差過(guò)大。

畸變

畸變是相差的一種，是由于一對(duì)共軛面上的放大率并不是常數(shù)而引起的，即軸上物點(diǎn)與視場(chǎng)邊緣具有不同的放大率，物和像因此不再完全相似，一般離視野中心越遠(yuǎn)放大倍率變化越大。畸變不影響成像的清晰度，對(duì)于畸變的表示方法分為：光學(xué)畸變和TV畸變，光學(xué)畸變它體現(xiàn)了圖像上的點(diǎn)實(shí)際位置和理想位置的偏差。而TV畸變體現(xiàn)了圖像的扭曲程度。光學(xué)畸變的值近似等于TV畸變的3倍。TV畸變=△h/h，光學(xué)畸變=△y/y。

圖3左邊是TV畸變，右邊是光學(xué)畸變Halcon等圖像處理軟件在標(biāo)定畸變時(shí)用光學(xué)畸變。

例如使用圓點(diǎn)標(biāo)定板就可以根據(jù)已知的點(diǎn)的坐標(biāo)和拍攝的坐標(biāo)之間的偏差來(lái)計(jì)算光學(xué)畸變。如果不使用Halcon軟件，可以根據(jù)光學(xué)畸變的定義寫(xiě)個(gè)程序。使用棋盤(pán)格來(lái)拍攝（圖4），讀取物空間坐標(biāo)和圖像坐標(biāo)，獲取差值，再除以到中心點(diǎn)的距離，就知道了一個(gè)點(diǎn)的畸變值。但光學(xué)畸變是非線性的，尤其是混合畸變，可能出現(xiàn)中心枕形邊緣桶形畸變。所以要盡可能多地采集點(diǎn)，擬合畸變曲線。如果要測(cè)量TV畸變也是一樣的。

圖4

相對(duì)照度

相對(duì)照度，指的是視野邊緣位置的亮度和中心位置亮度的比值，一般用百分比表示。在圖像上表示為中心亮度比邊緣的亮度高，導(dǎo)致這樣的問(wèn)題是因?yàn)闈u暈現(xiàn)象造成的，即部分光線的邊緣被鏡筒或鏡片邊緣擋掉，（圖5）導(dǎo)致相機(jī)邊緣接收到的光能減少。過(guò)大的亮度差會(huì)導(dǎo)致圖像過(guò)曝和欠曝的問(wèn)題，從而導(dǎo)致成像不清問(wèn)題。

圖5

測(cè)試工業(yè)鏡頭相對(duì)照度我們一般使用拍攝柔光背景來(lái)測(cè)試，使用一個(gè)較大的亮度均勻的面光源，漫射板要離光源足夠遠(yuǎn)，來(lái)保證光源的均勻性。然后取中心和邊緣區(qū)域點(diǎn)的亮度值，再除以中心區(qū)域灰度值，就得到了鏡頭的相對(duì)照度，拍攝的時(shí)候可以使用動(dòng)態(tài)范圍較好的相機(jī)，因?yàn)橄鄬?duì)照度是非線性的我們可以畫(huà)出相對(duì)照度和點(diǎn)位的位置關(guān)系圖。圖像的亮度是從中心到周邊逐步變暗的，各方向沒(méi)有差別，所以只要對(duì)一個(gè)角取值。相對(duì)照度是會(huì)隨著工作距離變化，一般工作距離越近，相對(duì)照度越高。光圈越小，亮度越均勻，相對(duì)照度越高。

圖6相對(duì)照度曲線

對(duì)比度

對(duì)比度是黑白線對(duì)的最亮和最暗的反差，如圖7，黑色和白色的條紋的灰度值的差和和的比值就是對(duì)比度。計(jì)算公式為

圖7

MTF表示各不同頻率的正弦強(qiáng)度分布函數(shù)經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像后，對(duì)比度的衰減程度。不同強(qiáng)度的正弦波我們可以認(rèn)為是不同寬度的黑白線對(duì)?？臻g頻率越高，成像后的對(duì)比度下降越嚴(yán)重。我們可以通過(guò)使用不同寬度的黑白線對(duì)，來(lái)繪制MTF圖像，描述鏡頭的性能。對(duì)比度在實(shí)際的使用中，因?yàn)椴涣键c(diǎn)和正常點(diǎn)常常只有個(gè)位數(shù)的灰度值差異，對(duì)比度低的鏡頭很難將不良點(diǎn)分辨出來(lái)。如圖8

圖8

抗眩光

眩光是因?yàn)楣饩€在鏡頭內(nèi)部擴(kuò)散和反射造成的。（圖9）紅色箭頭指出的偽影就是眩光。

圖9

眩光是由于光線在通過(guò)這些單獨(dú)的透鏡的時(shí)候，除了大部分直接穿過(guò)去之外，還有一部分的光線會(huì)被透鏡的表面反射回去這些在鏡頭內(nèi)部的反射光最終會(huì)有一部分到達(dá)傳感器上，形成這些光斑，就是我們說(shuō)的鏡頭眩光了。（圖10）

圖10

工業(yè)鏡頭比起安防、單反鏡頭，對(duì)抗眩光的要求不高。這是因?yàn)榇蟛糠謾C(jī)器視覺(jué)應(yīng)用打光較均勻，環(huán)境穩(wěn)定，強(qiáng)光直射入鏡頭的情況比較少。用一個(gè)強(qiáng)光手電筒，或者手機(jī)的補(bǔ)光燈可以簡(jiǎn)單測(cè)試鏡頭抗眩光的能力。

如果在項(xiàng)目中遇到眩光，可以調(diào)整光源角度，或者安裝偏振片。實(shí)在不行就需要更換鏡頭。

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