镜头的选择（一）
镜头是工业视觉系统的一个重要组成部分正确地选择镜头是视觉系统设计的很重要的一环。这里给大家提供镜头选择的一个基本思路。
1. 工作波长、变焦与定焦
视觉系统通常使用环境是在可见光范围内，这样的镜头是我们最常用的，也有一些系统比较特殊，使用环境是在紫外或者红外波段，需要选用专门的紫外或者红外镜头。
大多数视觉系统的工作距离和放大倍数是不变的，因此镜头焦距也是固定的，但部分系统需要再工作距离变化后保持放大倍数稳定，或者在工作距离不变的情况下获得不同的放大倍数，这样我们需要选用变焦镜头。
2. 远心镜头与标准工业镜头
对于精密测量的系统，需要选用远心镜头，它的特点是：物体在景深范围内移动，光学放大倍数不变，这就避免了测试过程中工作距离的轻微改变导致系统放大倍数的变化，保证了系统规定测量精度。对于一般的工业测量、缺陷检测或者定位等，对物体成像的放大倍率没有严格要求，只要选用畸变小的镜头，就可以满足要求。
3. 靶面大小与分辨率
镜头成像面大小必须大于与之配套的CCD相机的靶面，这样CCD相机的芯片才能得到充分的利用。
镜头的选择要考虑其分辨率要与相机的像元大小等匹配，这样设计的系统能充分利用CCD相机的分辨精度，还能使系统的经济性达到最佳。
4. 视场角与焦距
通过系统要求的视场角可以找到对应焦距的镜头，而通过系统提供的分辨率和相机的像元等参数，可以利用基本的几何光学原理计算出合适的系统焦距。
下面来看一个实际的镜头选型的例子：为视觉检测系统选择镜头，已知条件是：相机靶面为2/3”，像元尺寸为6.45um x6.45um ，C-mount，工作距离大于200mm，系统分辨率为0.05mm， 光源采用白色LED光源。
第一：因为采用白色光源，所以肯定是普通的可见光镜头；
第二：工作距离不变，分辨率固定，可以知道镜头是定焦镜头；
第三：相机的Nyquist频率为：1000/(2x6.45)=77.5，所选用的镜头分辨率应该不小于77.5lp/mm，这样才能保证系统分辨率最佳；
第四：工作焦距计算：镜头放大倍数为M=6.45/(0.05X1000)=0.13，焦距=工作距离*放大倍数/（放大倍数+1）=23mm，选择25mm焦距的镜头；
第五：根据以上说明，我们选择的镜头是：2/3”， C-mount，焦距为25mm，分辨率在80-100lp/mm的工业镜头。
镜头的选择（二）
工业镜头的选择过程，是将工业镜头各项参数逐步明确化的过程。作为成像器件，工业镜头通常与光源、相机一起构成一个完整的图像采集系统，因此工业镜头的选择受到整个系统要求的制约。一般地可以按以下几个方面来进行分析考虑。
一、波长、变焦与否
工业镜头的工作波长和是否需要变焦是比较容易先确定下来的，成像过程中需要改变放大倍率的应用，采用变焦镜头，否则采用定焦镜头就可以了。
关于工业镜头的工作波长，常见的是可见光波段，也有其他波段的应用。是否需要另外采取滤光措施？单色光还是多色光？能否有效避开杂散光的影响？把这几个问题考虑清楚，综合衡量后再确定镜头的工作波长。
二、特殊要求优先考虑
结合实际的应用特点，可能会有特殊的要求，应该先予明确下来。例如是否有测量功能，是否需要使用远心镜头，成像的景深是否很大等等。景深往往不被重视，但是它却是任何成像系统都必须考虑的。
三、工作距离、焦距
工作距离和焦距往往结合起来考虑。一般地，可以采用这个思路：先明确系统的分辨率，结合CCD像素尺寸就能知道放大倍率，再结合空间结构约束就能知道大概的物像距离，进一步估算工业镜头的焦距。所以工业镜头的焦距是和工业镜头的工作距离、系统分辨率（及CCD像素尺寸）相关的。
四、像面大小和像质
所选工业镜头的像面大小要与相机感光面大小兼容，遵循“大的兼容小的”原则——相机感光面不能超出镜头标示的像面尺寸——否则边缘视场的像质不保。
像质的要求主要关注MTF和畸变两项。在测量应用中，尤其应该重视畸变。
五、光圈和接口
工业镜头的光圈主要影响像面的亮度。但是现在的机器视觉中，最终的图像亮度是由很多因素共同决定的：光圈、相机增益、积分时间、光源等等。所以为了获得必要的图像亮度有比较多的环节供调整。
工业镜头的接口指它与相机的连接接口，它们两者需匹配，不能直接匹配就需考虑转接。
六、成本和技术成熟度
如果以上因素考虑完之后有多项方案都能满足要求，则可以考虑成本和技术成熟度，进行权衡择优选取。
例如，要给硬币检测成像系统选配工业镜头，约束条件：相机CCD 2/3英寸，像素尺寸4.65μm，C口。工作距离大于200mm，系统分辨率0.05mm。光源采用白色LED光源。
镜头的选择（三）
工业镜头其功能就是光学成像。工业镜头是机器视觉系统中的重要组件，对成像质量有着关键性的作用，它对成像质量的几个最主要指标都有影响，包括：分辨率、对比度、景深及各种像差。工业镜头不仅种类繁多，而且质量差异也非常大，但一般用户在进行机器视觉系统设计时往往对工业镜头的重视不够，导致不能得到理想的图像，甚至导致系统开发失败。
一、工业镜头的分类:
1、根据有效像场的大小分类：
可分为电视摄像镜头；电影摄像镜头，照相机镜头。而其中电视摄像镜头又分1/4英寸,1/3英寸,1/2英寸,2/3英寸,1英寸等。
2、根据焦距分类：
根据焦距能否调节，可分为定焦距工业镜头和变焦距工业镜头两大类。定焦距工业镜头又可分为鱼眼镜头、短焦镜头、标准镜头、长焦镜头四大类。变焦距镜头又可分手动变焦电动变焦。
3、根据工业镜头接口类型划分：
工业镜头和工业相机之间的接口有许多不同的类型，工业相机常用的包括C接口、CS接口、F接口、V接口、T2接口、徕卡接口、M42接口、M50接口等。接口类型的不同和工业镜头性能及质量并无直接关系，只是接口方式的不同，一般可以也找到各种常用接口之间的转接口。
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。所以CS型接口的工业相机可以和C口及CS口的镜头连接使用，只是使用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。
V接口镜头是著名的专业镜头品牌施奈德镜头所主要使用的标准，一般也用于工业相机靶面较大或特殊用途的镜头。
其他特殊用途的镜头：
显微镜头（Micro），一般是指成像比例大于10:1的拍摄系统所用，但由于现在的工业相机的像素尺寸已经做到3微米以内，所以一般成像比例大于2:1时也会选用显微镜头。
微距镜头（Macro），一般是指成像比例为2:1～1:4的范围内的特殊设计的镜头。在对图像质量要求不是很高的情况下，一般可采用在镜头和工业相机之间加近摄接圈的方式或在镜头前加近拍镜的方式达到放大成像的效果。
远心镜头（Telecentric），主要是为纠正传统镜头的视差而特殊设计的镜头，它可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会随物距的变化而变化，这对被测物不在同一物面上的情况是非常重要的应用。
紫外镜头（Ultraviolet）和红外镜头（Infrared），一般镜头是针对可见光范围内的使用设计的，由于同一光学系统对不同波长的光线折射率的不同，导致同一点发出的不同波长的光成像时不能会聚成一点，产生色差。常用镜头的消色差设计也是针对可见光范围的，紫外镜头和红外镜头即是专门针对紫外线和红外线进行设计的镜头。
二、工业镜头的选型：
镜头按光圈分为手动光圈镜头和自动光圈镜头，选择依据主要根据环境的光线是否稳定，环境稳定的一般选用手动光圈，一次调试OK后即可,反之选用自动光圈镜头(必须配以带有自动光圈镜头插座的工业相机)，这样便可以实现画面亮度的自动调节。对于自动光圈镜头的控制信号又可分为DC及VIDEO控制两种，即直流电压控制及视频信号控制。这在自动光圈镜头的类型选用上，工业相机自动光圈镜头插座的连接方式上，以及选择自动光圈镜头的驱动方式开关上，三者注意协调配合好即可。
在镜头规格(镜头规格一般分为1/3″、1/2″和2/3″等等)一定的情况下，镜头焦距与镜头视场角的关系为：镜头焦距越长，其镜头的视场角就越小；在镜头焦距一定的情况下，镜头规格与镜头视场角的关系为：镜头规格越大，其镜头的视场角也越大。在镜头物距一定的情况下，随着镜头焦距的变大，画面范围就越小，但画面细节越来越清晰；而随着镜头规格的增大，画面范围就增大,但其画面细节越来越模糊。
定焦距：焦距固定不变，可分为有光圈和无光圈两种。有光圈：镜头光圈的大小可以调节。根据环境光照的变化，应相应调节光圈的大小。无光圈：即定光圈，其通光量是固定不变的。主要用于光源恒定或工业相机自带电子快门的情况。变焦距：焦距可以根据需要进行调整，使被摄物体的图像放大或缩小。常用的变焦镜头为六倍、十倍变焦。三可变镜头：可调焦距、调聚焦、调光圈。二可变镜头：可调焦距、调聚焦、自动光圈。在镜头规格及镜头焦距一定的前提下，CS型接口镜头的视场角将大于C型接口镜头的视场角。
在焦距能够固定的时候选用定焦镜头，该镜头上只有一个可手动调整的对焦调整环（环上标有若干距离参考值），左右旋转该环可使成在CCD靶面上的像最为清晰，此时在监视器屏幕上得到图像也最为清晰。手动变焦镜头一般用在要求较为严格而用定焦镜头又不易满足要求的场合，变焦镜头一般应根据工业相机的规格一致，或者镜头规格大于摄像头规格，所有的摄象机镜头均是螺纹口的，ＣＣＤ摄象机的镜头安装有两种工业标准，即Ｃ安装座和ＣＳ安装座。两者螺纹部分相同，但两者从镜头到感光表面的距离不同。Ｃ安装座：从镜头安装基准面到焦点的距离是17.526mm。ＣＳ安装座：其镜头安装基准面到焦点的距离是12.5mm。如果要将一个Ｃ安装座镜头安装到一个ＣＳ安装座摄象机上时，此时应将摄象机前部的垫圈取下再安装镜头。反之则需要使用镜头转换器。
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