(13条消息) 镜头的选型
光学镜头在机器视觉系统中具有非常重要的地位，它的作用与人眼中的晶状体类似。一个光学镜头对像差校正的优良与否，即成像质量的好坏，可以通过像差的大小来衡量，一般较常见的像差类型有球差、像散、场曲、色差、畸变（枕型畸变–变小了，桶型畸变–变大了）、彗差等。对变焦镜头和定焦镜头来说，同一种档次的变焦镜头的像差会比定焦镜头的大，因为变焦镜头需要折中考量，令在各种不同焦距情况下的成像质量都相对较好，而不能出现在某些焦距下很差的情况。所以，将定焦镜头应用于机器视觉应用系统是比较合适的。此外还要再综合考虑视场大小、光圈大小、视角大小、焦距、放大分辨率等因素进行具体选择。
镜头的常用名词：
镜头一般由：各个光学透镜、光圈、对焦环、接口组成。在进行镜头的选型时，我们需要掌握普通镜头以下概念：
一、镜头（远心和非远心）概念：远心镜头与非远心镜头的本质区别就是消除近大远小的透视误差。
焦距： 镜头主点到焦点距离
焦距是指镜头的光学中心（光学后主点）到成像面焦点的距离。平行光通过镜头后汇聚于一点，这个点就是所说的焦点。焦距不仅仅描述镜头的屈光能力，且可作为图像质量的参考。一般镜头失真随着焦距的减小而增大，因而选择测量镜头，不要选择小焦距（小于8mm）或大视场角的镜头。
在光学系统当中，以镜头为顶点，以被测物体通过镜头的最大成像范围的两边缘构成的夹角叫做视场角。视场角的大小决定了镜头的视野范围，视场角越大，视野就越大，光学倍率也就越小。焦距越长，视场角就越窄；焦距越短，视场角就越宽。
通过目标物所需视场及透镜的焦距，可确定工作距离（WD）。工作距离和视场大小由焦距和CCD大小来决定。在不使用近摄环的情况下，可套用以下比例表达式获得：
工作距离/视角 = 焦距/CCD大小假设焦距为16mm，CCD大小为3.6mm，则工作距离应为200mm，这样才能使视场等于45mm(3.6/16=45/200)。如下图所示：
常见的镜头焦距有3.5mm，4mm，6mm，8mm，12mm等多种规格。
光圈： 控制通光量的大小。
镜头的两个螺丝帽是为了固定调焦环和调光圈环的。
光圈数：
光圈数是镜头的重要内部参数，它就是镜头相对孔径的倒数，一般用F值表示，常用值为1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22等几个等级。光圈系数F = 焦距f / 通光孔径D，光圈系数越小，通光孔径越大，镜头分辨率越高（D随着通光亮的增加而变大，表示当前光圈打开的直径）。如图，1：1.4代表光圈数F为1.4，它等于焦距（f）比有效入瞳直径（D）。
1：1.4 = D：f，所以光圈数为1：1.4的倒数，即1.4。
景深： 在聚焦完成后，在焦点前后的范围内都能形成清晰的像，这一前一后的距离范围，叫做景深。它与镜头使用光圈、镜头焦距、拍摄距离以及对像质的要求(表现为对容许弥散圆的大小)有关。
1）镜头光圈：光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大； 反比
2）镜头焦距：镜头焦距越长，景深越小；焦距越短，景深越大； 反比
3）拍摄距离：距离越远，景深越大；距离越近，景深越小。 正比镜头的MTF曲线： 此曲线用于评价镜头成像好坏的
曲线A所代表的镜头在低频段反差适中，但随着空间频率的提高，它的衰减过程很慢。说明其素质还是不错的。
曲线B所代表的镜头在低频表现很好，说明镜头的反差很好。但随着空间频率的提高。它的曲线衰减很快，说明镜头的分辨率不算很好。
曲线C所代表的镜头在低频时就很快衰减，综合素质较低。1）MTF曲线越高越好，越高说明镜头光学质量越好。综合反差和分辨率来看，MTF曲线以下包含面积越大越好。
2） MTF曲线越平直越好，越平直越说明边缘与中间一致性好。边缘严重下降说明边角反差与分辨率较低。镜头接口： 和相机相连的部分，主要有C，CS，F三种接口。
C接口和CS接口是工业工业相机最常见的国际标准接口，为1英寸—32UN英制螺纹连接口。C型接口和CS型接口的螺纹连接是一样的，区别在于C型接口的后截距为17.5mm，CS型接口的后截距为12.5mm。因此CS型接口的工业相机使用C口镜头时需要加一个5mm的接圈。C型接口的工业相机不能用CS口的镜头。
F接口镜头是尼康镜头的接口标准，所以又称尼康口，也是工业工业相机中常用的类型，一般工业相机靶面大于1英寸时需用F口的镜头。。
注：镜头最后一个面到CCD的靶面叫后截距，后截距不对，怎么调焦成像都不会清晰，这时候需要加一个接圈，即镜头接口与相机不匹配，需要加接圈。
例如：正常情况下C接口需要C接口的相机上，CS接口需要安装在CS接口的相机上，如果C接口安装在CS接口的相机上，需要安装一个5mm的接圈。
此外，相机、镜头接口一致的情况下，出现调焦不清晰的情况时，有时候也需要加接圈：
优点：①加接圈使相距增大。②加接圈使工作距离变小。③加接圈使视野变小。④加接圈使图像放大。
缺点：①加接圈会使景深变小（会出现中间清晰，四周失真的情况）。
解决：减小光圈数，增大曝光。因为光圈数越大，景深越小。
②加接圈会使镜头的光强衰弱。特别是当接圈较长，线阵相机的情况，接圈损失光的情况会特别明显。与镜头匹配的相机尺寸参数：
3.5-8mm：焦距范围
1：1.4：光圈数为1.4
1/3"：CCD芯片对角线的尺寸，单位是英寸，注意一英寸在摄像机选型这里不等于25.4mm，而是等于16mm。CS:镜头和相机之间的接口是CS接口。
注：镜头的成像像面要大于等于CCD尺寸，如果小于CCD尺寸，则成像后小于的那部分会出现黑边。
镜头的分辨率： 分辨率的含义是1mm内可分辨清晰的线对的数量，而一条线的最小宽度为一颗像素宽度。所以分辨率计算是每mm的线对数，公式可以用对角线像素的个数/2倍传感器的对角线长度，也可以用1mm除以两倍像元的尺寸进行计算，单位是“ 线对 / 毫米” 。
畸变： 由于成像过程中局部放大倍率不一致而造成的物象不相似的现象。畸变像差只影响成像的几何形状，而不影响成像的清晰度。焦距越小，视场角越大，视野越大，畸变程度越大。
应对措施：
1）使用低畸变镜头
2）同视野大小，选用长焦距的镜头
3）标定 图像扭曲校正：和尺寸测量相关的项目中，会对畸变有所要求，但是这种平面畸变可以通过图像标定克服，不一定要改善硬件。
二、镜头选型实例
、已知客户观察范围为30mm* 30mm，工作距离为100mm，CCD尺寸为1/3’,那么需要多少焦距的镜头？
解：
根据相机尺寸列表由CCD的尺寸1/3英寸，可知CCD的垂直方向尺寸为3.6mm，
则由公式：工作距离/视角 = 焦距/CCD大小 ，得：
FA镜头：焦距 f =（100*3.6）/30=
注：①实际选型时注意选择焦距接近但要比计算值小的镜头，这样能够保证获得完整图像。
②给出的视野大小一般是长边（宽W）*短边（高H），若不是需要自己调换一下，例视野25mm×26mm，则宽边是26mm，高边是25mm，上面求焦距会用到视野长边/CCD垂直尺寸，或者视野短边/CCD水平尺寸
远心镜头：
光学放大倍率=CCD尺寸/视场实际尺寸 =CCD（W）或（H）尺寸/视场（W）或（H）尺寸：放大倍率 = 3.6/30 = 0.12
则选用放大倍率为0.12，工作距离为100mm的远心镜头。、已知客户要求的系统分辨率为0.06mm,像元大小为4.7um，工作距离大于100mm，光源采用白色LED灯，那么需要多少焦距的镜头？
解：
1）客户如果没有变焦要求，选择定焦镜头就可以
2）如果带有测量功能的尽量用畸变小的镜头或者远心镜头
3）焦距计算
成像放大倍率公式为：
线放大倍率 （M）= 像距（v）：物距 （u）= 像高：物高 ①
得：（注意单位统一）
成像放大倍率 M = 像高：物高 = 像元大小：精度 = 4.7/(0.06* 1000)
高斯成像公式：1/u + 1/v = 1/f（物距：u 像距：v 焦距：f ） ②
由 ① ② 得：
镜头的焦距 f = u*M/(M+1) = …
总结：
镜头的选择过程如下：
普通镜头参数主要看焦距，而远心镜头参数主要看放大倍率和工作距离（物距）。
这里要注意，选择镜头的时候，还要注意视场角，（假设视场大小为2Ax2B）
水平视场角=2* arctg(A/C)
垂直视场角=2* arctg(B/C)
镜头的选型大致分为一下几个方面：
1）根据相机芯片大小和工作空间限制确定使用镜头的焦距或者放大倍数；
2）考虑是否需要选用远心镜头；
3）确定镜头分辨率；
4）确定畸变率能否满足要求；
5）景深是否满足要求；
6）镜头是否兼容相机芯片尺寸；
7）超大视野或超小视野；
8）镜头是否要配合其他配件；
9）价格是否合理等其他问题。