人类视觉是依靠眼睛中的晶状体调节才能将景物的像投影在视网膜上，进而“花花世界”才被人类感知和处理。如果说相机中的CCD或CMOS图像传感器相当于人眼中的视网膜，那么镜头就是晶状体。镜头作为机器视觉系统中的重要组件，其性能直接影响着视觉系统的多个主要指标，包括：视野（FOV）、分辨率、景深（DOF）以及工作距离等，所以在进行视觉系统设计时，合理地选择和安装镜头直接影响最终成像的优劣，甚至决定系统开发的成败。

  在9月5日深圳会展中心举行的『第二十七届“微言大义”研讨会：机器视觉及工业检测』上，普密斯运营总监任丽霞女士发表了主题演讲：基于4K超高清变倍镜头在影像检测领域的应用，向大家分享了普密斯为机器视觉高速检测和精确测量领域推出的最新解决方案和典型应用案例，下面一起回顾演讲精彩内容。

普密斯运营总监任丽霞女士发表题为《基于4K超高清变倍镜头在影像检测领域的应用》的演讲

  什么是变倍镜头？

  演讲开始，任丽霞女士先向大家普及了变倍镜头的概念：变倍镜头就是放大倍率可以在一定范围内连续无极调节的光学镜头。它主要有两大特点：

  1. 变倍过程中除了变倍组相对移动，镜头O/I距、工作距离及后焦均保持不变；

  2. 主镜头与附加物镜之间采用物方无穷远光路设计，便于更换不同倍率物镜及扩展功能模块。

  变倍镜头最大的优点是可实现在不改变工作距离的情况下，无极调节放大倍率，并在改变倍率时仍保持较高的成像质量，当前被广泛用于工业测量、液晶面板、半导体、微电子设备的视频观察和检测。

  传统变倍镜头的结构以及存在的问题

  传统的变倍镜头主要由镜面—变倍组—物镜—物面组成，如下图所示。一种变倍镜头的光路结构形式，采用四个群组结构设计，其中二三群作为变倍组，通过二三群的位置移动来改变整体镜头的倍率。

图1 变倍镜头光路示意图

  传统变倍镜头一般采用模块化设计，主镜头可以搭配不同倍率的前置附加镜与后置TV镜管来调整镜头的工作距离与综合倍率。模块结构大体由以下几个部分构成：附加物镜及其它功能组件、主镜头、TV镜管和相机接口。

图2 传统变倍镜头的模块化设计

  任丽霞女士指出，目前具有更大靶面与更高像素的数字相机正成为主流，传统的2D影像测量所使用的变倍镜头普遍基于匹配模拟相机而设计，存在物方分辨率低、像面支持靶面小、视野小等缺点，对测量精度及使用便利性影响较大。为此，普密斯推出了4K高清变倍镜头，可以对以上问题有效改善。

  4K高清变倍镜头的特点及优点有哪些？

  任丽霞女士介绍普密斯4K级别大视野、高分辨率、连续变倍镜头，不仅拥有卓越的变倍性能，更可提供更宽视野范围，可更快捕捉更大范围的影像，是高速检测及精确测量应用的理想之选。与传统变倍系统相比，4K镜头在高倍时分辨率明显提升，物方分辨率由3.95um提升至2.8um，视野大小提升1.45X以上。

  普密斯的4K高清变倍镜头同样采用模块化设计，但与传统变倍镜头不同的是4K变倍镜头拥有多种接口组件，可以支持多种类型的相机接口，搭配不同的后置TV镜管，最大可以支持的相机靶面对角线尺寸达32mm。

图3 4K变倍镜头的模块化设计

  下面两张表为4K变倍镜头与传统6.5X变倍镜头的规格表参数对比图，从中大家可充分了解4K变倍镜头比传统变倍镜头的改进之处。

图4 4K变倍镜头比传统变倍镜头的规格参数对比

  接着，任丽霞女士又通过几组测试板的实拍图，比对了4K变倍镜头与传统变倍镜头在最低倍、中倍、最高倍率时分辨率以及视野大小：同等倍率下，由于4K变倍镜头可支持1英寸靶面相机，其视野大小相应提升16/11=1.45倍；从对比图上也可以明显看出，4K变倍镜头的高倍分辨率明显提升，物方分辨率由3.95um提升至2.8um。图中也可直观地看出两款镜头视野大小的差异。

图5 4K变倍镜头比传统变倍镜头测试版实拍对比

  4K变倍镜头的主要领域应用案例展示和效果对比

  通过前面的对比，4K变倍镜头的分辨率和视野都比传统的变倍镜头有明显提优，接下来看一下4K变倍镜头的一些实际的应用案例和效果图。

  在实际应用中，在对大尺寸对象测量时，传统的变倍镜头往往不能一次捕捉到全部的待测轮廓，如下图需要测量一个工件两个圆圆心距离，我们必须配合移动平台才能完成测量，而4K变倍镜头可以一次性测量完成，无需频繁移动平台，从而减少测量误差，提升测量效率。

图6 大尺寸测量应用的效果对比

  在半导体行业中，4K变倍镜头可用于金线焊脚的检测，4K镜头视野更大，不仅可以一次看到所有焊脚，而且清晰度更高，更利于瑕疵点辨别。

图7 金线焊脚检测的效果对比

  此外，任丽霞女士还介绍了4K变倍镜头在定位检测、液晶坏点检测、断线检测以及ITO检测等其他高精检测领域的应用案例。

图8 其它应用的效果对比

  总结与应用前景展望

  通过以上效果展示与比对，在同等倍率下，4K高清变倍镜头在视野大小、分辨率以及对比度等方面比传统变倍镜头具有明显优势，如果在两者相同视野时进行比较，4K高清变倍镜头的优势将更为突出。

  报告最后，任丽霞女士认为目前国家正积极倡导“工业4.0”以及大力推进国内半导体产业的发展等规划，国内的相关产业迎来发展的黄金时期，对视觉检测产品配件也提出了更高的要求。普密斯的4K超高清变倍镜头作为国内首款此类型镜头，可以对传统变倍镜头应用领域的检测能力大幅提升，可以为相关产业的转型升级提供更加优良的解决方案。