镜头

让一切清晰聚焦：为您的视觉系统寻找合适的镜头

采集清晰的图像不仅需要一台好的相机，还需要适配的镜头才能确保获得出色的成像质量。各式镜头在分辨率、焦距和尺寸上存在差异，在设计上也不尽相同。在以下文章中，我们将向您介绍各类镜头的适用场景。

镜头选型步骤

基本上，镜头可分为多种不同的类型，既可以按其结构设计分类，也可按焦距是否能调节来分类。

大部分机器视觉应用中使用的是普通透视镜头。它可以生成与人眼类似的透视图像：即远处的物体看起来较小，而近处的物体看起来较大。人眼本身就是一个典型的透视光学系统。
远心镜头尤其适用于需要获得真实比例的图像，且无透视失真的应用场景。

由于普通透视镜头广泛应用于机器视觉领域，因此下文将重点讨论它。

选择镜头前，首先要了解相机采用的是哪种卡口，以便牢固地连接机身与镜头。

法兰焦距是指镜头接口表面与相机芯片之间的距离。镜头的光学性能是针对特定的法兰焦距进行优化的，因此应与该法兰焦距配合使用。

其定义因镜头接口而异。例如，C-Mount的法兰焦距为17.526毫米。

从机械角度来看，连接方式主要分为两种：

像圈是指感光面积均匀且无边缘渐晕（暗角）的区域。镜头的卡口仅能提供有限的关于像圈的信息。在镜头数据表中查找“最大像圈”的相关标注可找到该规格参数。

像圈直径与芯片尺寸一样是以英寸为单位。1/3英寸C-Mount镜头最适合搭载了1/3英寸芯片的相机，这样可以充分发挥像圈的潜力。但如果芯片尺寸更大（例如1/2英寸），而该镜头却是针对1/3英寸芯片设计的，那就会产生暗角。

如果在较小的1/3英寸芯片上使用2/3英寸镜头并不会出现暗角，且图像锐度在边缘处依然很高。但是像圈的大部分区域未被利用。考虑到大尺寸的镜头价格更高，因此选用较小的镜头通常比使用较小的芯片更具成本效益。

高分辨率的视觉系统不仅需要分辨率最高可达几百万像素的成像芯片，还要求搭配的镜头也能够重现这种高分辨率。镜头的分辨率决定了精细的细节能否清晰可见。在以下章节中，您将了解为什么必须同时考虑分辨率和像素尺寸，以及如何评估镜头的性能。

镜头的分辨率以每毫米线对数(lp/mm)为单位。该值描述了在一毫米的范围内，有多少条细线可以清晰地区分开来。每毫米线对数的值越高，则说明其描绘的细节越清晰。只有镜头分辨率足够高，芯片才能充分发挥其潜力。

MTF曲线（调制传递函数）可用于显示镜头在从图像中心到边缘的整个像场上的分辨率。MTF曲线是基于一张带有黑白线的测试图而得出的，其中黑白线的间距呈递进式缩小。各大制造商通常会应客户要求或在数据表中提供MTF曲线，因为这有助于客观地评估镜头的实际性能。

镜头的分辨率必须与成像芯片的像素尺寸相匹配，这样才能让每个像素清晰成像。例如，500万像素的成像芯片选择的镜头实际分辨率也必须达到500万像素。有些镜头会直接以“百万像素”为单位说明支持的芯片分辨率。虽然这有助于简化选型过程，但不能取代使用lp/mm或MTF曲线等技术数据进行的测试。

只有当芯片分辨率和镜头性能相匹配时，才能充分发挥图像处理系统的潜力。

焦距是指镜头的光学中心与焦点之间的距离。平行入射光线的所有光线都在焦点处相交。因此，镜头的焦距f取决于镜头的折射率，焦距以毫米(mm)为单位。

焦距越长，镜头的远摄特性就越强。我们可能知道体育摄影师和狗仔队使用的巨型镜头，其焦距比消费型相机的镜头要长得多。而广角镜头和鱼眼镜头的焦距则相应较短。