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(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中的重要組件，對(duì)成像質(zhì)量有著關(guān)鍵性的作用，它對(duì)成像質(zhì)量的幾個(gè)最主要指標(biāo)都有影響，包括：分辨率、對(duì)比度、景深及各種像差。鏡頭不僅種類(lèi)繁多，而且質(zhì)量差異也非常大，但一般用戶(hù)在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)往往對(duì)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(kāi)發(fā)失敗。

　　光學(xué)鏡頭的分類(lèi)

　　根據(jù)有效像場(chǎng)的大小分類(lèi)：

　　可分為電視攝像鏡頭;電影攝像鏡頭，照相機(jī)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(lèi)：

　　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(lèi)。定焦距鏡頭又可分為魚(yú)眼鏡頭、短焦鏡頭、標(biāo)準(zhǔn)鏡頭、長(zhǎng)焦鏡頭四大類(lèi)。變焦距鏡頭又可分手動(dòng)變焦電動(dòng)變焦。

　　根據(jù)鏡頭接口類(lèi)型劃分：

　　鏡頭和工業(yè)相機(jī)之間的接口有許多不同的類(lèi)型，工業(yè)工業(yè)相機(jī)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(lèi)型的不同和鏡頭性能及質(zhì)量并無(wú)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(jī)最常見(jiàn)的國(guó)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(jī)可以和C口及CS口的鏡頭連接使用，只是使用C口鏡頭時(shí)需要加一個(gè) 5mm的接圈;C型接口的工業(yè)相機(jī)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(chēng)尼康口，也是工業(yè)工業(yè)相機(jī)中常用的類(lèi)型，一般工業(yè)相機(jī)靶面大于1英寸時(shí)需用F口的鏡頭。

　　V接口鏡頭是著名的專(zhuān)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(jī)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(jī)的像素尺寸已經(jīng)做到3微米以?xún)?nèi)，所以一般成像比例大于2:1時(shí)也會(huì)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(jì)的鏡頭。在對(duì)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(jī)之間加近攝接圈的方式或在鏡頭前加近拍鏡的方式達(dá)到放大成像的效果。

　　遠(yuǎn)心鏡頭(Telecentric)，主要是為糾正傳統(tǒng)鏡頭的視差而特殊設(shè)計(jì)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(huì)隨物距的變化而變化，這對(duì)被測(cè)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(duì)可見(jiàn)光范圍內(nèi)的使用設(shè)計(jì)的，由于同一光學(xué)系統(tǒng)對(duì)不同波長(zhǎng)的光線折射率的不同，導(dǎo)致同一點(diǎn)發(fā)出的不同波長(zhǎng)的光成像時(shí)不能會(huì)聚成一點(diǎn)，產(chǎn)生色差。常用鏡頭的消色差設(shè)計(jì)也是針對(duì)可見(jiàn)光范圍的，紫外鏡頭和紅外鏡頭即是專(zhuān)門(mén)針對(duì)紫外線和紅外線進(jìn)行設(shè)計(jì)的鏡頭。

　　選型：鏡頭按光圈分為手動(dòng)光圈鏡頭和自動(dòng)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(dòng)光圈，一次調(diào)試OK后即可,反之選用自動(dòng)光圈鏡頭(必須配以帶有自動(dòng)光圈鏡頭插座的工業(yè)相機(jī))，這樣便可以實(shí)現(xiàn)畫(huà)面亮度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。對(duì)于自動(dòng)光圈鏡頭的控制信號(hào)又可分為DC及VIDEO控制兩種，即直流電壓控制及視頻信號(hào)控制。這在自動(dòng)光圈鏡頭的類(lèi)型選用上，工業(yè)相機(jī)自動(dòng)光圈鏡頭插座的連接方式上，以及選擇自動(dòng)光圈鏡頭的驅(qū)動(dòng)方式開(kāi)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(chǎng)角的關(guān)系為：鏡頭焦距越長(zhǎng)，其鏡頭的視場(chǎng)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(chǎng)角的關(guān)系為：鏡頭規(guī)格越大，其鏡頭的視場(chǎng)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(huà)面范圍就越小，但畫(huà)面細(xì)節(jié)越來(lái)越清晰;而隨著鏡頭規(guī)格的增大，畫(huà)面范圍就增大,但其畫(huà)面細(xì)節(jié)越來(lái)越模糊。

　　定焦距：焦距固定不變，可分為有光圈和無(wú)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(wú)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(jī)自帶電子快門(mén)的情況。變焦距：焦距可以根據(jù)需要進(jìn)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(dòng)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(chǎng)角將大于C型接口鏡頭的視場(chǎng)角。

　　在焦距能夠固定的時(shí)候選用定焦鏡頭，該鏡頭上只有一個(gè)可手動(dòng)調(diào)整的對(duì)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(shí)在監(jiān)視器屏幕上得到圖像也最為清晰。手動(dòng)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(mǎn)足要求的場(chǎng)合，變焦鏡頭一般應(yīng)根據(jù)工業(yè)相機(jī)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(jī)鏡頭均是螺紋口的，CCD攝象機(jī)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(diǎn)的距離是17.526mm。CS安裝座：其鏡頭安裝基準(zhǔn)面到焦點(diǎn)的距離是12.5mm。如果要將一個(gè)C安裝座鏡頭安裝到一個(gè)CS安裝座攝象機(jī)上時(shí)，此時(shí)應(yīng)將攝象機(jī)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。