光學(xué)鏡頭概述及其選型

　　光學(xué)鏡頭其功能就是光學(xué)成像。鏡頭是機器視覺系統(tǒng)中的重要組件，對成像質(zhì)量有著關(guān)鍵性的作用，它對成像質(zhì)量的幾個最主要指標(biāo)都有影響，包括：分辨率、對比度、景深及各種像差。鏡頭不僅種類繁多，而且質(zhì)量差異也非常大，但一般用戶在進行系統(tǒng)設(shè)計時往往對鏡頭的選擇重視不夠，導(dǎo)致不能得到理想的圖像，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)開發(fā)失敗。

　　光學(xué)鏡頭的分類

　　根據(jù)有效像場的大小分類：

　　可分為電視攝像鏡頭;電影攝像鏡頭，照相機鏡頭。而其中電視攝像鏡頭又分1/4英寸,1/3英寸,1/2英寸,2/3英寸,1英寸等

　　根據(jù)焦距分類：

　　根據(jù)焦距能否調(diào)節(jié)，可分為定焦距鏡頭和變焦距鏡頭兩大類。定焦距鏡頭又可分為魚眼鏡頭、短焦鏡頭、標(biāo)準(zhǔn)鏡頭、長焦鏡頭四大類。變焦距鏡頭又可分手動變焦電動變焦。

　　根據(jù)鏡頭接口類型劃分：

　　鏡頭和工業(yè)相機之間的接口有許多不同的類型，工業(yè)工業(yè)相機常用的包括C接口、CS接口、F接口、V接口、T2接口、徠卡接口、M42接口、M50接口等。接口類型的不同和鏡頭性能及質(zhì)量并無直接關(guān)系，只是接口方式的不同，一般可以也找到各種常用接口之間的轉(zhuǎn)接口。

　　C 接口和CS接口是工業(yè)工業(yè)相機最常見的國際標(biāo)準(zhǔn)接口，為1英寸-32UN英制螺紋連接口，C型接口和CS型接口的螺紋連接是一樣的，區(qū)別在于C型接口的后截距為17.5mm，CS型接口的后截距為12.5mm。所以CS型接口的工業(yè)相機可以和C口及CS口的鏡頭連接使用，只是使用C口鏡頭時需要加一個 5mm的接圈;C型接口的工業(yè)相機不能用CS口的鏡頭。

　　F接口鏡頭是尼康鏡頭的接口標(biāo)準(zhǔn)，所以又稱尼康口，也是工業(yè)工業(yè)相機中常用的類型，一般工業(yè)相機靶面大于1英寸時需用F口的鏡頭。

　　V接口鏡頭是著名的專業(yè)鏡頭品牌施奈德鏡頭所主要使用的標(biāo)準(zhǔn)，一般也用于工業(yè)相機靶面較大或特殊用途的鏡頭。

　　其他特殊用途的鏡頭

　　顯微鏡頭(Micro)，一般是指成像比例大于10:1的拍攝系統(tǒng)所用，但由于現(xiàn)在的工業(yè)相機的像素尺寸已經(jīng)做到3微米以內(nèi)，所以一般成像比例大于2:1時也會選用顯微鏡頭。

　　微距鏡頭(Macro)，一般是指成像比例為2:1～1:4的范圍內(nèi)的特殊設(shè)計的鏡頭。在對圖像質(zhì)量要求不是很高的情況下，一般可采用在鏡頭和工業(yè)相機之間加近攝接圈的方式或在鏡頭前加近拍鏡的方式達到放大成像的效果。

　　遠心鏡頭(Telecentric)，主要是為糾正傳統(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)，使得到的圖像放大倍率不會隨物距的變化而變化，這對被測物不在同一物面上的情況是非常重要的應(yīng)用。

　　紫外鏡頭(Ultraviolet)和紅外鏡頭(Infrared)，一般鏡頭是針對可見光范圍內(nèi)的使用設(shè)計的，由于同一光學(xué)系統(tǒng)對不同波長的光線折射率的不同，導(dǎo)致同一點發(fā)出的不同波長的光成像時不能會聚成一點，產(chǎn)生色差。常用鏡頭的消色差設(shè)計也是針對可見光范圍的，紫外鏡頭和紅外鏡頭即是專門針對紫外線和紅外線進行設(shè)計的鏡頭。

　　選型：鏡頭按光圈分為手動光圈鏡頭和自動光圈鏡頭，選擇依據(jù)主要根據(jù)環(huán)境的光線是否穩(wěn)定，環(huán)境穩(wěn)定的一般選用手動光圈，一次調(diào)試OK后即可,反之選用自動光圈鏡頭(必須配以帶有自動光圈鏡頭插座的工業(yè)相機)，這樣便可以實現(xiàn)畫面亮度的自動調(diào)節(jié)。對于自動光圈鏡頭的控制信號又可分為DC及VIDEO控制兩種，即直流電壓控制及視頻信號控制。這在自動光圈鏡頭的類型選用上，工業(yè)相機自動光圈鏡頭插座的連接方式上，以及選擇自動光圈鏡頭的驅(qū)動方式開關(guān)上，三者注意協(xié)調(diào)配合好即可。

　　在鏡頭規(guī)格(鏡頭規(guī)格一般分為1/3″、1/2″和2/3″等等) 一定的情況下，鏡頭焦距與鏡頭視場角的關(guān)系為：鏡頭焦距越長，其鏡頭的視場角就越小;在鏡頭焦距一定的情況下，鏡頭規(guī)格與鏡頭視場角的關(guān)系為：鏡頭規(guī)格越大，其鏡頭的視場角也越大。在鏡頭物距一定的情況下，隨著鏡頭焦距的變大，畫面范圍就越小，但畫面細節(jié)越來越清晰;而隨著鏡頭規(guī)格的增大，畫面范圍就增大,但其畫面細節(jié)越來越模糊。

　　定焦距：焦距固定不變，可分為有光圈和無光圈兩種。有光圈：鏡頭光圈的大小可以調(diào)節(jié)。根據(jù)環(huán)境光照的變化，應(yīng)相應(yīng)調(diào)節(jié)光圈的大小。無光圈：即定光圈，其通光量是固定不變的。主要用于光源恒定或工業(yè)相機自帶電子快門的情況。變焦距：焦距可以根據(jù)需要進行調(diào)整，使被攝物體的圖像放大或縮小。常用的變焦鏡頭為六倍、十倍變焦。三可變鏡頭：可調(diào)焦距、調(diào)聚焦、調(diào)光圈。二可變鏡頭：可調(diào)焦距、調(diào)聚焦、自動光圈。在鏡頭規(guī)格及鏡頭焦距一定的前提下，CS型接口鏡頭的視場角將大于C型接口鏡頭的視場角。

　　在焦距能夠固定的時候選用定焦鏡頭，該鏡頭上只有一個可手動調(diào)整的對焦調(diào)整環(huán)(環(huán)上標(biāo)有若干距離參考值)，左右旋轉(zhuǎn)該環(huán)可使成在CCD靶面上的像最為清晰，此時在監(jiān)視器屏幕上得到圖像也最為清晰。手動變焦鏡頭一般用在要求較為嚴(yán)格而用定焦鏡頭又不易滿足要求的場合，變焦鏡頭一般應(yīng)根據(jù)工業(yè)相機的規(guī)格一致，或者鏡頭規(guī)格大于攝像頭規(guī)格，所有的攝象機鏡頭均是螺紋口的，CCD攝象機的鏡頭安裝有兩種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即C安裝座和CS安裝座。兩者螺紋部分相同，但兩者從鏡頭到感光表面的距離不同。C安裝座：從鏡頭安裝基準(zhǔn)面到焦點的距離是17.526mm。CS安裝座：其鏡頭安裝基準(zhǔn)面到焦點的距離是12.5mm。如果要將一個C安裝座鏡頭安裝到一個CS安裝座攝象機上時，此時應(yīng)將攝象機前部的墊圈取下再安裝鏡頭。反之則需要使用鏡頭轉(zhuǎn)換器。