1.概述

????????相機鏡頭是指相機上接收光學(xué)對象，并且對其進行調(diào)整，從而實現(xiàn)光學(xué)成像的部份，它是相機中最重要的部件，它的好壞直接影響到拍攝成像的質(zhì)量。?

2.工作原理

????????鏡頭的成像是以凸透鏡成像的原理為基礎(chǔ)，通過透鏡的組合，把物體發(fā)出或者反射的光線成像在像平面上（與芯片面重合）。任何一個復(fù)雜的透鏡組合都可以等效為一個簡單的透鏡，光經(jīng)過透鏡的傳播路線可以簡單的畫作下圖：

3.分類與區(qū)別

4.相關(guān)參數(shù)/概念

4.1 焦距（Focal Length）

????????對于單個透鏡而言，焦距指從光心到焦點的距離；對多透鏡組成的鏡頭組而言，焦距指像方主平面到焦點的距離。工業(yè)定焦鏡常用的焦距 有6mm，8mm，12mm，16mm，25mm，35mm，50mm。

? ? ? ??焦距越大，景深越小，畸變越小。

4.2 光圈系數(shù)（Aperture）

????????表征光圈的大小，即通光量的參數(shù)，F(xiàn)等于鏡頭焦距（f）和通光孔徑（D）之比，用F值表示。光圈系數(shù)與相對孔徑成反比，一般最大的相對孔徑刻會在鏡頭上。
????????F值越大，相對孔徑越小，通光量越小，圖片越暗，景深越大。

4.3 對焦范圍

????????可清晰成像的工作距離范圍，通常鏡頭都有一個最小的對焦距離。

4.4 工作距離（Working Distance）

????????鏡頭前部到受檢物體的距離，即清晰成像的表面距離。小于最小工作距離或大于最大工作距離不能成像。一般對焦范圍會刻在鏡頭上。
????????工作距離越大，視野越大，景深越大。

4.5 視場角（Angle of View）

????????以鏡頭為頂點，以被測目標(biāo)的物像可通過鏡頭的最大范圍的兩條邊緣構(gòu)成的夾角。有垂直視場角、水平視場角、對角視場角。
????????視場角越大，視野越大。

4.6 分辨率（Resolution Ratio）

????????圖像系統(tǒng)可以測到的受檢驗物體上的最小可分辨特征尺寸。鏡頭分辨率不應(yīng)低于相機分辨率。

4.7 景深（Depth of Field）

????????在景物空間中，在被攝物體聚焦清楚后，在物體前后一定距離內(nèi)，其影像仍然清晰的范圍，也就是能在實際像平面上獲得相對清晰影像的景物空間深度范圍。

????????光圈越小，焦距越短，工作距離越遠，景深越大。

4.8 視野（Field of View）

????????鏡頭能觀測到的實際范圍。

4.9 放大倍率

????????像與物的大小之比。

????????放大倍率 = 相機傳感器短邊尺寸 / 相機短邊的視野范圍 = 焦距 / 工作距離

4.10 靶面尺寸（Sensor Size）

????????鏡頭可支持的最大傳感器尺寸。鏡頭靶面需大于相機傳感器靶面尺寸。

4.11 鏡頭接口（Mount）

????????鏡頭與相機的連接方式，需與相機光學(xué)接口匹配。

4.12 畸變

????????鏡頭在成像時，特別是用短焦距鏡頭拍攝大視場，圖像會產(chǎn)生形變，這種情況叫做鏡頭的畸變。常見畸變有桶形畸變和枕形畸變。

5.遠心鏡頭

5.1 概述

????????遠心鏡頭（Telecentric），主要是為糾正傳統(tǒng)工業(yè)鏡頭視差而設(shè)計，它可以在一定的物距范圍內(nèi)，使得到的圖像放大倍率不會變化，既在一定工作距離范圍內(nèi)，所得圖像成像大小相同。

????????遠心鏡頭由于其特有的平行光路設(shè)計一直為對鏡頭畸變要求很高的機器視覺應(yīng)用場合所青睞，主要應(yīng)用于精密測量。一般分為物方遠心鏡頭、像方遠心鏡頭、雙側(cè)遠心鏡頭。

5.2 特點

????????1）放大倍數(shù)恒定，不隨景深變化而變化，無視差。

????????2）畸變小，精度高。

????????3）成本稍高，尺寸大，重量重。

5.3 應(yīng)用場景

????????1）需要檢測有厚度的物體時（厚度>1/10 FOV直徑）。

????????2）需要檢測不在同一平面的物體時。

????????3）不清楚物體到鏡頭的距離究竟是多少時。

????????4）需要檢測帶孔徑、三維的物體時。

????????5）需要低畸變、圖像效果亮度幾乎完全一致時。

????????6）缺陷只在同一方向平行照明下才能檢測到時。

6.鏡頭選型

6.1 確定鏡頭類型

????????1）根據(jù)相機類型確定鏡頭類型：線陣or面陣。

????????2）要求高精度測量、畸變小的場合考慮選擇變焦鏡頭、遠心鏡頭，否則選擇定焦鏡頭。

6.2 確定視野、工作距離、相機靶面尺寸

????????1）根據(jù)應(yīng)用場景和待測物體大小確定視野大小、工作距離。

????????2）根據(jù)相機參數(shù)確定靶面大小。

6.3 估算焦距

????????1）焦距f = (工作距離WD * 芯片單方向尺寸h) / 單方向視野H

????????????????f / WD = h / H

????????2）選取接近的標(biāo)準(zhǔn)焦距。焦距越小，視場角就越大，視野也就相應(yīng)的更大，因為焦距一般有固定的值，所以實際焦距可以相應(yīng)選小一號的。

6.4 確定鏡頭分辨率、尺寸、接口

????????1）根據(jù)相機參數(shù)確定鏡頭分辨率。

????????2）根據(jù)相機參數(shù)確定鏡頭最大兼容CCD尺寸。

????????3）根據(jù)相機參數(shù)確定鏡頭接口。

6.5 反推

????????1）焦距反推工作距離。

????????2）焦距、工作距離反推相機傳感器視野大小。

????????3）視野大小反推精度。

????????4）確定or重選相機及鏡頭。

by Ryou2-