一、 鏡頭主要參數(shù)

1.焦距（Focal Length）

焦距是從鏡頭的中心點到膠平面上所形成的清晰影像之間的距離债蓝。焦距的大小決定著視角的大小壳鹤，焦距數(shù)值小，視角大饰迹，所觀察的范圍也大芳誓；焦距數(shù)值大，視角小啊鸭，觀察范圍小锹淌。根據(jù)焦距能否調(diào)節(jié)，可分為定焦鏡頭和變焦鏡頭兩大類赠制。

2.光圈(Iris)

用F表示赂摆，以鏡頭焦距f和通光孔徑D的比值來衡量。每個鏡頭上都標(biāo)有最大F值钟些，例如 8mm /F1.4代表最大孔徑為 5.7毫米 库正。F值越小，光圈越大厘唾，F(xiàn)值越大褥符，光圈越小。

3.對應(yīng)最大CCD尺寸(Sensor Size)

鏡頭成像直徑可覆蓋的最大CCD芯片尺寸抚垃。主要有：1/2″喷楣、2/3″趟大、1″和1″以上。

4.接口(Mount)

鏡頭與相機的連接方式铣焊。常用的包括C逊朽、CS、F曲伊、V叽讳、T2、Leica坟募、M42x1岛蚤、M75x0.75等。

5.景深(Depth of Field,DOF)

景深是指在被攝物體聚焦清楚后懈糯，在物體前后一定距離內(nèi)涤妒，其影像仍然清晰的范圍。景深隨鏡頭的光圈值赚哗、焦距她紫、拍攝距離而變化。光圈越大屿储，景深越谢叨铩；光圈越小够掠、景深越大围详。焦距越長，景深越凶嫫痢助赞；

焦距越短，景深越大袁勺。距離拍攝體越近時雹食，景深越小期丰；距離拍攝體越遠時群叶，景深越大。

6.分辨率(Resolution)

分辨率代表鏡頭記錄物體細(xì)節(jié)的能力钝荡，以每毫米里面能夠分辨黑白對線的數(shù)量為計量單位：“線對/毫米”（lp/mm）街立。分辨率越高的鏡頭成像越清晰。

7埠通、工作距離(Working distance,WD)

鏡頭第一個工作面到被測物體的距離赎离。

8、視野范圍(Field of View,FOV)

相機實際拍到區(qū)域的尺寸端辱。

9梁剔、光學(xué)放大倍數(shù)(Magnification,?)

CCD/FOV虽画，即芯片尺寸除以視野范圍。

10荣病、數(shù)值孔徑(Numerical Aperture,NA)

數(shù)值孔徑等于由物體與物鏡間媒質(zhì)的折射率n與物鏡孔徑角的一半（a\2）的正弦值的乘積码撰，計算公式為N.A=n*sin a/2。數(shù)值孔徑與其它光學(xué)參數(shù)有著密切的關(guān)系个盆，它與分辨率成正比脖岛，與放大率成正比。也就是說數(shù)值孔徑颊亮，直接決定了鏡頭分辨率柴梆，數(shù)值孔徑越大，分辨率越高编兄，否則反之。

11声登、后背焦(Flange distance)

準(zhǔn)確來說茂洒，后倍焦是相機的一個參數(shù)褂萧，指相機接口平面到芯片的距離。但在線掃描鏡頭或者大面陣相機的鏡頭選型時，后倍焦是一個非常重要的參數(shù)畔咧，因為它直接影響鏡頭的配置。不同廠家的相機驱负，哪怕接口一樣也可能有不同的后倍焦作箍。

二、鏡頭選型

1.選擇鏡頭接口和最大CCD尺寸

鏡頭接口只要可跟相機接口匹配安裝或可通過外加轉(zhuǎn)換口匹配安裝就可以了合武；鏡頭可支持的最大CCD尺寸應(yīng)大于等于選配相機CCD芯片尺寸临梗。

2.選擇鏡頭焦距
如圖所示，在已知相機CCD尺寸稼跳、工作距離（WD）和視野（FOV）的情況下盟庞，可以計算出所需鏡頭的焦距（f）。

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3.選擇鏡頭光圈

鏡頭的光圈大小決定圖像的亮度汤善，在拍攝高速運動物體什猖、曝光時間很短的應(yīng)用中，應(yīng)該選用大光圈鏡頭红淡，以提高圖像亮度不狮。

4.選擇遠心鏡頭

遠心鏡頭是為糾正傳統(tǒng)鏡頭的視差而特殊設(shè)計的鏡頭，它可以在一定的物距范圍內(nèi)在旱，使得到的圖像放大倍率不會隨物距的變化而變化摇零。遠心鏡頭與傳統(tǒng)鏡頭對比，如圖：

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遠心鏡頭又分為物方遠心和雙側(cè)遠心兩種桶蝎，如圖：

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機器視覺的鏡頭選擇創(chuàng)造不同

機器視覺為工業(yè)控制系統(tǒng)增加了新的維度遂黍，它可以提供裝配線上零件的尺寸终佛、位置和方向。而合適的鏡頭選擇對于機器視覺能否發(fā)揮應(yīng)有的作用是非常重要的雾家。

機器視覺在控制工業(yè)流程當(dāng)中的作用越來越重要了铃彰，尤其是在機器人引導(dǎo)、目標(biāo)識別和質(zhì)量保證等領(lǐng)域芯咧。當(dāng)前優(yōu)秀的視覺系統(tǒng)已經(jīng)超出了那些基本功能（例如辨別零件和確定方向）的范疇牙捉，還可以提供后續(xù)功能的信息，比如將物體從一個位置移至另一個敬飒。

對于裝配線和大量檢測操作中使用的機器人系統(tǒng)邪铲，比如汽車生產(chǎn)和檢測線，傳送帶通常是參考无拗。這里带到，機器人執(zhí)行兩項任務(wù)：識別和傳送。

在絕大多數(shù)機器視覺應(yīng)用里英染，光學(xué)控制都是非常重要的揽惹。機器人視覺系統(tǒng)同樣要求極高的可重復(fù)性，因此減少抖動提供清晰圖像是必要的四康。

在類似藥品工廠這樣的大規(guī)模單位檢測線上搪搏，視覺系統(tǒng)必須能夠辨識缺陷包、不可讀標(biāo)簽和產(chǎn)品缺失闪金。視覺系統(tǒng)必須能夠以極高的準(zhǔn)確度快速識別和測量方形疯溺、圓形和橢圓形物體。提高機器視覺系統(tǒng)的精確度哎垦，可以幫助保持統(tǒng)一的包裝表面和顏色囱嫩。對于食品檢測系統(tǒng)，產(chǎn)品的尺寸漏设、顏色挠说、密度和形狀都需要依靠多元檢測才確定。多元機器視覺系統(tǒng)既可以是彩色相機也可以是黑白相機愿题，通常使用結(jié)構(gòu)照明方法建立產(chǎn)品外表和內(nèi)在結(jié)構(gòu)损俭。

盡管照相機、分析軟件和照明對于機器視覺系統(tǒng)都是十分重要的潘酗，可能最關(guān)鍵的元件還是成像鏡頭杆兵。系統(tǒng)若想完全發(fā)揮其功能，鏡頭必須要能夠滿足要求才行仔夺。當(dāng)為控制系統(tǒng)選擇鏡頭的時候琐脏，機器視覺集成商應(yīng)該考慮四個主要因素：

可以檢測物體類別和特性；

景深或者焦距；

加載和檢測距離日裙；

運行環(huán)境吹艇。

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分析這四個因素，可以針對具體應(yīng)用確定合適的鏡頭選擇昂拂。

主要放大率是指傳感器上圖像尺寸對于實際物體大小的比例受神。

物體特性
在為機器視覺系統(tǒng)選擇鏡頭之前，系統(tǒng)集成商必須確定物體和分析環(huán)境格侯。這個可視區(qū)域叫做無遮擋視場（FOV）鼻听，它可以使用豎直和水平兩個角度進行測量。通常联四，豎直方向和水平方向尺寸的比例是4：3撑碴，這個比例取決于照相機傳感器工作區(qū)域的尺寸。傳感器的大小對于確定無遮擋視場所需要的主要放大率（PMAG）是非常重要的朝墩。PMAG是由傳感器尺寸與FOV相比得到醉拓，是鏡頭的工作成效。當(dāng)確定鏡頭是否合適的時候收苏，這一點需要考慮亿卤。

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鏡頭放大率對于不同尺寸芯片照相機匹配鏡頭相當(dāng)重要，然而倒戏，不要把鏡頭放大率和顯微鏡放大率搞混了怠噪，后者是由光管長度和實際物鏡焦距決定的恐似。而鏡頭放大率主要考慮的是照相機傳感器的尺寸杜跷。
系統(tǒng)放大率（SMAG）是監(jiān)視器尺寸與傳感器尺寸的比例與PMAG的乘積結(jié)果。它是從物體到監(jiān)視器圖像的總體放大率矫夷，也就是整個系統(tǒng)的“工作”結(jié)果葛闷。考慮物體的屏幕尺寸時双藕，系統(tǒng)放大率是有用的淑趾。

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物體的特性也很重要。鏡頭對于物體特征的解析能力依賴于特征的對比是否強烈忧陪。確定系統(tǒng)解析度扣泊、或者物體最小更解析特征的方法，可以使用諸如倫奇刻線法這樣的解像力方法嘶摊。這些刻線法以線耦（等寬度的一條黑線和一條白線）來決定特征延蟹。其他的解像力方法還可以用圓圈和點狀網(wǎng)格。

鏡頭在指定光線條件下辨識特定寬度的線耦或者點距的能力叶堆，決定了它的解析度阱飘。解析度通常被模塊轉(zhuǎn)換功能（MTF）以圖像的方式顯示出來。圖形顯示了指定線耦頻率下可行的相對對比度。扭曲沥匈、色差和其他波前畸變都會影響曲線的斜率蔗喂，使曲線偏離理想狀態(tài)或者衍射極限的光學(xué)表現(xiàn)。鏡頭方案有時候會以每毫米線耦數(shù)量（lp/mm）為單位列出物體解析度高帖，再將這個值除以1000就可以預(yù)測出鏡頭每微米的物體解析度缰儿。

在進行表面剖析的時候，通常不只使用一臺照相機和鏡頭棋恼，而了解鏡頭的內(nèi)在偏差（aberration）量也是有價值的返弹。偏差是指鏡頭里的光學(xué)誤差，可以引起同一張圖片里不同點的圖像質(zhì)量差異爪飘。剖析通常包括激光線和其他圖像里的光線义起，這樣可以確保測量的準(zhǔn)確性。一些軟件程序可以消除諸如鏡頭引起的扭曲之類的誤差师崎，所以在最終圖像里只有剖析數(shù)據(jù)是明顯的默终。

大型格式和區(qū)域掃描照相機鏡頭是控制應(yīng)用優(yōu)秀的解決方案，因為它具有高解析度犁罩、低扭曲和有限色差齐蔽。大范圍FOV和兼容性，以及大型格式傳感器床估，使這些鏡頭在Web含滴、LCD、食品和飲料行業(yè)的應(yīng)用具有很高的價值丐巫。

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鏡頭是機器視覺系統(tǒng)性能的主要決定因素谈况。

距離約束

自動化機器視覺系統(tǒng)和裝配線所需的空間差異很大，可以只有幾米递胧，也可能需要一整座廠房碑韵。所謂的工作距離，是指當(dāng)圖像在焦距范圍內(nèi)的時候缎脾，物體和照相機鏡頭前端的距離祝闻。它限制了視覺系統(tǒng)以及和視覺系統(tǒng)一起工作的設(shè)備所需要的空間。有一些應(yīng)用遗菠，比如通過真空爐端口觀察联喘，工作距離非常靈活，近焦鏡頭和長工作距離視頻顯微鏡頭都可以使用辙纬。其他的應(yīng)用豁遭，比如強電微觀檢測，工作距離就只有幾個英寸牲平。

在極限范圍內(nèi)堤框，通過鏡頭重新對焦，可以改變工作距離。無限共軛鏡頭的對焦距離可以從最小工作距離一直到無限遠蜈抓，有限共軛鏡頭則有一個特定工作距離范圍启绰。

存放和加載限制，包括用于艱苦環(huán)境的保護外殼沟使，必須具有足夠的柔性委可，可以根據(jù)工作距離進行調(diào)整。比如在很多安裝場合腊嗡，感興趣的產(chǎn)品區(qū)域和產(chǎn)品線可能在檢測過程中發(fā)生變化着倾，這就要求視覺系統(tǒng)和視覺元件可以根據(jù)若干種傳感條件進行調(diào)整。很多照相機鏡頭需要平穩(wěn)加載燕少，但是當(dāng)物體空間（物體和鏡頭之間的距離）受到限制卡者，改變像空間（image space，鏡頭與圖像之間的距離）客们，就可以改變工作距離崇决。

像空間可以使用兩種方式進行改變：通過縮放功能或者隔離〉状欤縮放鏡頭可以調(diào)整照相機系統(tǒng)的視場恒傻，而不需要改變工作距離。一些縮放系統(tǒng)的元件可以定制組成特殊型號的系統(tǒng)建邓。度量衡和顯微應(yīng)用需要以微米為單位進行放大盈厘，這些鏡頭系統(tǒng)可以同顯微鏡下的物體對應(yīng)」俦撸縮放鏡頭保持著高解析度沸手，但是成本高昂。另外一種方案拒逮，鏡頭隔離器十分經(jīng)濟罐氨，并且可以縮短工作距離臀规、減小鏡頭的可視范圍滩援。然而不幸的是，這會帶來扭曲同時降低解析度塔嬉。因此玩徊，除非空間調(diào)整是在5mm之內(nèi)或者鏡頭的設(shè)計就帶有隔離器，否則隔離器不是一個推薦的方案谨究。

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存放和加載限制恩袱，包括用于艱苦環(huán)境的保護外殼，必須具有足夠的柔性胶哲，可以根據(jù)工作距離進行調(diào)整畔塔。比如在很多安裝場合，感興趣的產(chǎn)品區(qū)域和產(chǎn)品線可能在檢測過程中發(fā)生變化，這就要求視覺系統(tǒng)和視覺元件可以根據(jù)若干種傳感條件進行調(diào)整澈吨。很多照相機鏡頭需要平穩(wěn)加載把敢，但是當(dāng)物體空間（物體和鏡頭之間的距離）受到限制，改變像空間（image space谅辣，鏡頭與圖像之間的距離）修赞，就可以改變工作距離。

像空間可以使用兩種方式進行改變：通過縮放功能或者隔離桑阶“馗保縮放鏡頭可以調(diào)整照相機系統(tǒng)的視場，而不需要改變工作距離蚣录。一些縮放系統(tǒng)的元件可以定制組成特殊型號的系統(tǒng)割择。度量衡和顯微應(yīng)用需要以微米為單位進行放大，這些鏡頭系統(tǒng)可以同顯微鏡下的物體對應(yīng)萎河∠峭疲縮放鏡頭保持著高解析度，但是成本高昂公壤。另外一種方案换可，鏡頭隔離器十分經(jīng)濟，并且可以縮短工作距離厦幅、減小鏡頭的可視范圍沾鳄。然而不幸的是，這會帶來扭曲同時降低解析度确憨。因此译荞，除非空間調(diào)整是在5mm之內(nèi)或者鏡頭的設(shè)計就帶有隔離器，否則隔離器不是一個推薦的方案休弃。

這樣解析度和對比度都會受到不好的影響吞歼。出于這個原因，DOF同指定的解析度和對比度相配合塔猾。當(dāng)景深一定的情況下，DOF可以通過縮小鏡頭孔徑（也就是增加F/#值）來變大糯俗，同時也需要光線增強睦擂。

鏡頭的DOF范圍取決于有效焦距得湘、可接受的模糊直徑。有一些鏡頭被設(shè)計成超焦或者可超焦的顿仇，這就意味著焦內(nèi)的遠點可以拓展到無限遠淘正。這種技術(shù)通常應(yīng)用在定焦鏡頭上摆马，景深效果很深，但是卻可以通過虹膜的幫助進行調(diào)整鸿吆。

不要把遠心鏡頭和大景深鏡頭弄混了今膊。遠心鏡頭可以使機器視覺系統(tǒng)控制放大率、消除潛在誤差伞剑，所以同尺寸的物體在照片上高度都是一致的斑唬，無論它距離照相機有多遠黎泣。這種鏡頭一個實際應(yīng)用的例子是分析計算機電路板抒倚。遠心鏡頭通常有一個工作距離范圍褐着，在每一個工作距離點形成有限的景深托呕。集成商在為一個項目選擇遠心鏡頭的時候含蓉，既需要考慮工作距離范圍，還需要考慮景深效果项郊。

在很多情況下着降，比如說管道檢測，可以使用變焦鏡頭獲得較大的景深妆偏。變焦鏡頭和縮放鏡頭很類似熊尉，應(yīng)用在需要經(jīng)常變換焦距的場合齿梁。這些鏡頭經(jīng)常是馬達驅(qū)動的伦忠，可以保證在對焦平面上平滑移動邻储。使用這樣的鏡頭，整個管道吨娜、每一個環(huán)節(jié)都可以掃描到宦赠，通過調(diào)整焦距來發(fā)現(xiàn)每個缺陷。然而勾扭，同縮放鏡頭不通毡琉，變焦鏡頭的工作距離也可以變化，可以根據(jù)需要進行重新定位燎斩。

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USAF目標(biāo)法展示了不同的寬度的倫奇刻線栅表，可以衡量鏡頭的性能怪瓶。

獨立平臺可以減少振動

環(huán)境的重要性

機器視覺系統(tǒng)的環(huán)境因素包括物體反射系數(shù)萧落、光線、溫度洗贰、振動和污染物找岖。物體的反射會導(dǎo)致高光，還可能使特征模糊敛滋。鏡頭外殼和遮光罩中的障板可以降低光散引起的高光現(xiàn)象许布。障板為不透明的圓片，為鏡頭的中心孔徑特別設(shè)計绎晃，可以限制到達傳感器的光線蜜唾。極化或者散射光源同樣也可以避免物體反射出現(xiàn)的熱點杂曲。

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光，尤其是單色光袁余，可以使物體的對比度提高擎勘，使鏡頭圖像的質(zhì)量最大化。在使用黑白照相機的時候颖榜，對比度是非常重要的棚饵，可以通過加減過程產(chǎn)生。在加法過程中掩完，單色光源和照相機鏡頭濾鏡同分析物體所在的媒介顏色相匹配蟹地，物體周圍的區(qū)域可以反射并且傳輸光線，所以顯得比物體更加明亮藤为。這項技術(shù)在凝膠和彩色液體用作背光式觸摸屏或者微粒檢測的應(yīng)用很有價值怪与。

相反，在減法系統(tǒng)中缅疟，濾鏡屏蔽了物體周邊的反射光分别，這使得物體看起來比周邊明亮。像藥丸檢測這樣的應(yīng)用存淫，物體的顏色可能是它僅有的特征耘斩，這時候就要使用濾鏡。

高溫環(huán)境下桅咆，可能因為鏡頭里光學(xué)元件的熱膨脹出現(xiàn)問題括授。并不是所有的鏡頭都可以適應(yīng)溫度變化，在檢測熱物體時岩饼，最好使用工作距離比較長的鏡頭荚虚。

另外一個要考慮的因素是振動。通常需要將鏡頭裝載到和照相機隔離的平臺和桌面上籍茧，來減少振動版述。重型的照相機鏡頭總是帶有卡具，如果鏡頭不能直接裝在案板或者類似的隔離桌面上寞冯，那么就把裝載鏡頭的物體放在獨立平臺上吧渴析。固定在獨立平臺上的機械手就經(jīng)常用來裝載照相機和鏡頭。

工業(yè)換件下的污染物會腐蝕鏡頭表面吮龄。極端環(huán)境光學(xué)（HEO）產(chǎn)品進行了專門設(shè)計俭茧，即便是長期暴露在嚴(yán)酷環(huán)境下，也可以提供高質(zhì)量的圖像漓帚。因為它的光學(xué)元件是嚴(yán)格密封的母债，HEO產(chǎn)品可以在水下使用，能夠抗腐蝕胰默、防塵场斑，并且不受機械影響漓踢。

照相機鏡頭對于機器視覺系統(tǒng)有著深遠的影響牵署。為了實際應(yīng)用選擇合適的鏡頭漏隐，機器視覺集成商必須對物體的尺寸、特征和反射率都要進行分析奴迅。他/她還必須要估計工作距離范圍以及物體厚度所需要的景深青责。當(dāng)改變物體和圖像間隔的時候，集成商可以使用更加靈活的系統(tǒng)取具，也可以降低性能脖隶。所有的環(huán)境都是在不斷變化的，還要符合一定的要求暇检，所以選擇一款合適的鏡頭非常重要产阱。

來源：
https://wenku.baidu.com/view/7b6642f2fab069dc50220115.html