光学镜头概述及其选型

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光学镜头其功能就是光学成像。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。镜头不仅种类繁多，而且质量差异也非常大，但一般用户在进行系统设计时往往对镜头的选择重视不够，导致不能得到理想的图像，甚至导致系统开发失败。
光学镜头的分类
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
根据焦距分类：
根据焦距能否调节，可分为定焦距镜头和变焦距镜头两大类。定焦距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。
根据镜头接口类型划分：
镜头和工业相机之间的接口有许多不同的类型，工业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。
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。