光學(xué)鏡頭一般稱為攝像鏡頭或攝影鏡頭，簡(jiǎn)稱鏡頭，其功能就是光學(xué)成像。在機(jī)器視覺系統(tǒng)中，鏡頭的主要作用是將成像目標(biāo)聚焦在圖像傳感器的光敏面上。鏡頭的質(zhì)量直接影響到機(jī)器視覺系統(tǒng)的整體性能；合理選擇并安裝光學(xué)鏡頭，是機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。
1.鏡頭的相關(guān)參數(shù)
(1)焦距
焦距是光學(xué)鏡頭的重要參數(shù)，通常用f來(lái)表示。焦距的大小決定著視場(chǎng)角的大小，焦距數(shù)值小，視場(chǎng)角大，所觀察的范圍也大，但距離遠(yuǎn)的物體分辨不很清楚；焦距數(shù)值大，視場(chǎng)角小，觀察范圍小，只要焦距選擇合適，即便距離很遠(yuǎn)的物體也可以看得清清楚楚。由于焦距和視場(chǎng)角是一一對(duì)應(yīng)的，一個(gè)確定的焦距就意味著一個(gè)確定的視場(chǎng)角，所以在選擇鏡頭焦距時(shí)，應(yīng)該充分考慮是觀測(cè)細(xì)節(jié)重要，還是有一個(gè)大的觀測(cè)范圍重要，如果要看細(xì)節(jié)，就選擇長(zhǎng)焦距鏡頭；如果看近距離大場(chǎng)面，就選擇小焦距的廣角鏡頭。
(2)光闌系數(shù)
即光通量，用F表示，以鏡頭焦距f和通光孔徑D的比值來(lái)衡量。每個(gè)鏡頭上都標(biāo)有最大F值，例如6mm/F1.4代表最大孔徑為4.29毫米。光通量與F值的平方成反比關(guān)系，F(xiàn)值越小，光通量越大。鏡頭上光圈指數(shù)序列的標(biāo)值為1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，16，22等，其規(guī)律是前一個(gè)標(biāo)值時(shí)的曝光量正好是后一個(gè)標(biāo)值對(duì)應(yīng)曝光量的2倍。也就是說(shuō)鏡頭的通光孔徑分別是1/1.4，1/2，1/2.8，1/4，1/5.6，1/8，1/11，1/16，1/22，前一數(shù)值是后一數(shù)值的根號(hào)2倍，因此光圈指數(shù)越小，則通光孔徑越大，成像靶面上的照度也就越大。
(3)景深
攝影時(shí)向某景物調(diào)焦，在該景物的前后形成一個(gè)清晰區(qū)，這個(gè)清晰區(qū)稱為全景深，簡(jiǎn)稱景深。 決定景深的三個(gè)基本因素：
光圈 光圈大小與景深成反比，光圈越大，景深越小。
焦距 焦距長(zhǎng)短與景深成反比，焦距越大，景深越小。
物距 物距大小與景深成正比，物距越大，景深越大。
(4)光譜特性
光學(xué)鏡頭的光譜特性主要指光學(xué)鏡頭對(duì)各波段光線的透過率特性。在部分機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)中，要求圖像的顏色應(yīng)與成像目標(biāo)的顏色具有較高的一致性。因此希望各波段透過光學(xué)鏡頭時(shí)，除在總強(qiáng)度上有一定損失外，其光譜組成并不發(fā)生改變。
影響光學(xué)鏡頭光譜特性的主要因素為：膜層的干涉特性和玻璃材料的吸收特性。在機(jī)器視覺系統(tǒng)中，為了充分利用鏡頭的分辨率，鏡頭的光譜特性應(yīng)與使用條件相匹配。即：要求鏡頭最高分辨率的光線應(yīng)與照明波長(zhǎng)、CCD器件接受波長(zhǎng)相匹配，并使光學(xué)鏡頭對(duì)該波長(zhǎng)的光線透過率盡可能的提高。
(5)鏡頭的分辨率
描述鏡頭成像質(zhì)量的內(nèi)在指標(biāo)是鏡頭的光學(xué)傳遞函數(shù)與畸變，但對(duì)用戶而言，需要了解的僅僅是鏡頭的空間分辨率，以每毫米能夠分辨的黑白條紋數(shù)為計(jì)量單位，計(jì)算公式為：鏡頭分辨率Ｎ＝180／畫幅格式的高度。由于攝像頭CCD靶面大小已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，如1/2英寸攝像頭，其靶面為寬6.4mm＊高4.8mm，1/3英寸攝象機(jī)為寬4.8mm＊高3.6mm。因此對(duì)1/2英寸格式的CCD靶面，鏡頭的最低分辨率應(yīng)為38對(duì)線／mm，對(duì)1/3英寸格式攝像頭，鏡頭的分辨率應(yīng)大于50對(duì)線，攝像頭的靶面越小，對(duì)鏡頭的分辨率越高。
(6) 光圈或通光量
鏡頭的通光量以鏡頭的焦距和通光孔徑的比值來(lái)衡量，以Ｆ為標(biāo)記，每個(gè)鏡頭上均標(biāo)有其最大的Ｆ值，通光量與Ｆ值的平方成反比關(guān)系，Ｆ值越小，則光圈越大。所以應(yīng)根據(jù)被監(jiān)控部分的光線變化程度來(lái)選擇用手動(dòng)光圈還是用自動(dòng)光圈鏡頭。
(7)鏡頭接口
鏡頭和攝像頭之間的接口有許多不同的類型，工業(yè)攝像頭常用的包括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(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。
以鏡頭安裝分類所有的攝像頭鏡頭均是螺紋口的，CCD攝像頭的鏡頭安裝有兩種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，分別是C-mount 和 CS-mount。兩者都有一個(gè)1英寸長(zhǎng)的螺紋，但兩者不同在于鏡頭安裝到攝像頭后，鏡頭到傳感器之間的距離：
CS-mount： 圖像傳感器到鏡頭之間的距離應(yīng)為12.5 mm
C-mount： 圖像傳感器到鏡頭之間的距離應(yīng)為17.5 mm。一個(gè)5 mm的墊圈(C/CS 連接環(huán)) 可用于將C-mount 鏡頭轉(zhuǎn)換為CS-mount 鏡頭
2.鏡頭各參數(shù)間的相互影響關(guān)系
(1)焦距大小的影響情況：
焦距越小，景深越大；
焦距越小，畸變?cè)酱螅?
焦距越小，漸暈現(xiàn)象越嚴(yán)重，使像差邊緣的照度降低；
(2)光圈大小的影響情況：
光圈越大，圖像亮度越高；
光圈越大，景深越??；
光圈越大，分辨率越高；
(3)像場(chǎng)中央與邊緣
一般像場(chǎng)中心較邊緣分辨率高；
一般像場(chǎng)中心較邊緣光場(chǎng)照度高；
(4)光波長(zhǎng)度的影響：
在相同的攝像頭及鏡頭參數(shù)條件下，照明光源的光波波長(zhǎng)越短，得到的圖像的分辨力越高。所以在需要精密尺寸及位置測(cè)量的視覺系統(tǒng)中，盡量采用短波長(zhǎng)的單色光作為照明光源，對(duì)提高系統(tǒng)精度有很大的作用。
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