內容提要

1.鏡頭定義：介紹光學鏡頭的定義2.鏡頭分類：從球面鏡到非球面鏡，從定焦到變焦，從短焦到長焦，盡可能 多的闡述鏡頭種類3.鏡頭參數：以Computar鏡頭為例，實例分析鏡頭參數4.鏡頭成像影響因子：分析影響鏡頭成像各種工藝誤差5.工業鏡頭常見種類：羅列幾種常用的工業鏡頭6.鏡頭選型因素：介紹影響鏡頭選型的考慮因素

1.鏡頭定義

用以生成影響的光學部件即是鏡頭。在機器視覺中，鏡頭一般由多片透鏡組成，直接影響成像質量的優劣。

2.鏡頭分類

按照外形功能：球面鏡頭、非球面鏡頭、針孔鏡頭、魚眼鏡頭

按照焦距：短焦鏡頭、中焦鏡頭、長焦鏡頭

按照視場大小：廣角鏡頭、標準鏡頭、遠攝鏡頭

按照結構：固定光圈定焦鏡頭、手動光圈定焦鏡頭、自動光圈定焦鏡頭、手動變焦鏡頭、自動變焦鏡頭、啟動光圈電動變焦鏡頭、電動三可變（光圈、焦距、聚焦）鏡頭

下面會依次介紹這些種類鏡頭。

球面鏡頭

反射面為球面

鏡頭的鏡片為球面

成本低

像差大，成像質量一般

非球面鏡

折射面不是球面

減少鏡片像差

一般鏡片組會有一、兩片非球面鏡

針孔鏡頭

鏡頭針頭大小

攝像組件硬幣大小

魚眼鏡頭

焦距極短

視角接近180°

固定光圈定焦鏡頭

光圈固定不可調

結構簡單，價格便宜

安防行業

手動光圈定焦鏡頭

光圈范圍F1.2-F3.5不等

光圈可手動，對焦也可手動

CCTV鏡頭

自動光圈定焦鏡頭

光圈外環增加齒輪嚙合傳動的微型電機

手動光圈變焦鏡頭

焦距可變

焦距調整環

手動變焦

自動變焦

自動光圈電動變焦鏡頭

微型電機與鏡頭的變焦環配合

電動三可變鏡頭

光圈可電動改變

焦距可電動改變

對焦可電動改變

電影攝像機

長焦鏡頭

拍攝距離遠

景深小

135mm-500mm

500mm以上超長焦距

標準鏡頭

視角約50°

35mm

微距鏡頭

工作距離非常短

微距接圈可使工作距離變短

廣角鏡頭

視角90°以上

折射式望遠鏡

焦距非常長

長達幾米

太空探測

反射式望遠鏡

反射鏡面

太空望遠鏡

3.鏡頭參數

主要鏡頭參數如下

焦距f —從透鏡中心到光聚集之焦點的距離；

畸變 —光學透鏡的透視失真；

景深DOF —指在被攝物體聚焦清楚后，在物體前后一定距離內，其影像仍然清晰的范圍；

光圈系數F —鏡頭焦距/通光孔徑，即光通量；

視場FOV —鏡頭能夠觀察到的實際范圍的大小；

分辨率 —代表鏡頭記錄物體細節的成像能力；

工作距離WD —從鏡頭到被檢測物體的距離；

最大兼容芯片尺寸 —鏡頭能支持的最大清晰成像的范圍；

光學放大倍率β —相機芯片尺寸/視場尺寸；

鏡頭接口 —C口和CS口，C口鏡頭加5mm延長管可用于CS口相機；

支持芯片尺寸 —2/3’,1/2’等支持相機尺寸，鏡頭支持尺寸需大于等于配套相機 尺寸。

zui

實例分析鏡頭參數，以Computar鏡頭為例。

左列參數：

鏡頭型號：M2514—MP2 焦距25，光圈1.4 百兆鏡頭

相機實物圖片

相機尺寸：長、直徑等

中間參數：

焦距：25mm

最大光圈（F數）：1.4-16

最大圖像格式（最大傳感器尺寸）：8.8mm*6.6mm（φ11mm），2/3‘’

工作范圍：光圈 F1.8-F16.0 對焦：0.15mm-無窮遠

控制：光圈手動，對焦手動

目標尺寸：10.6cm（H）*7.6cm（V），2/3‘’

視場角：2/3‘’，直徑_24.9°，水平_20.0°, 垂直_15.1°

1/2‘’，直徑_18.2°，水平_14.6°, 垂直_11.0°

工作溫度：-10°–50°

畸變：2/3‘’，-0.3%（y=5.5），1/2‘’，-0.1%（y=4.0）

后焦距：13.1mm，是指厚透鏡最后一個光學表面到后焦平面的距離

法蘭焦距：17.526，鏡頭與相機連接的表面到成像靶面的距離

接口：C口

濾光片尺寸：M30.5 P=0.5mm 指鏡頭前端添加濾光片的尺寸

尺寸：33.5mm*36.0mm

重量：71g

右列參數：

工作距離 光學倍率 接圈 不同芯片下的視野范圍

描述不同工作距離與鏡頭放大率、不同芯片下的視野范圍的關系。

從數據上看，工作距離越小，光學放大倍率先增大后減小，視場越來越小，且芯片尺寸約大，視場越大。

倆個有關鏡頭參數的重要關系：

光圈越小，景深越大

2.工作距離越大，失真越小

4.鏡頭成像影響因子

像差，實際工作中光學系統所成的像與近軸光學（高斯光學，理想光學），有一定偏離，這個偏離稱為像差。

像差有球面像差、彗形像差、像散、場曲、畸變以及波長引起的色散。

球差：焦點不能以點的方式集中于光軸

慧差：焦平面所得到的像稱慧尾形狀的亮斑

像散：成像不清晰、

場曲：在一個平坦的像平面上，影響的清晰度從中央像外發生變化，聚焦形成 弧形。

畸變：物體上的志向經過透鏡成像后變成彎曲的現象。鏡頭邊緣的放大率大于中間放大率，枕型畸變，鏡頭邊緣的放大率小于中間放大率，桶型畸變。

色差：投射材料折射率隨波長變化，物體點發出不同的波長光線時，經過光學 系統不會聚在一點，形成有色的彌散斑。

5.工業鏡頭常見種類

CCTV鏡頭

機器視覺常用的普通鏡頭

定焦

手動可調光圈

手動對焦

遠心鏡頭

極低畸變

大景深

放大倍率不變

解析度高

物方遠心鏡頭：消除物方由于調教不準確帶來的讀數誤差

物距發生改變，測得物體尺寸不變

像方遠心鏡頭：消除像方調焦不準引入的測量誤差

CCD芯片安裝位置有改變，CCD成像大小不變

雙側遠心鏡頭：兼顧優點，視覺測量

顯微鏡頭

更高放大倍數

線陣鏡頭

F口

搭配線陣相機

變焦鏡頭

不同位面的目標進行檢測

定焦鏡頭+絲杠類似于變焦

6.鏡頭選型因素

視野FOV：拍攝目標的大小

工作距離WD：鏡頭到目標的距離

鏡頭接口：C、CS等

鏡頭分辨率：鏡頭分辨率需要比相機大。在實際應用中，百萬像素也可以勝任500萬相機

景深：目標可清晰成像的范圍

畸變：高精度尺寸測量時需要注意

視場、工作距離、傳感器決定鏡頭的焦距

其他參數決定鏡頭的品質，包括遠心、顯微、低畸變、高分辨率等

鏡頭參數間相互關系：

焦距大小影響情況：

焦距越小，景深越大；焦距越大，畸變越小；

光圈大小影響情況：

光圈越大，圖像亮度越高；

光圈越大，景深越小；

最大光圈越大，分辨率越高；

光圈越大，畸變越嚴重；

成像中央與邊緣情況：

成像中央分辨率、光強、畸變都要比邊緣高

光波長的影響情況：

波長越短，圖像分辨率越高

單色光干擾小

高精度測量需采用短波長單色光照明

關注公眾號：機器視覺那些事兒

總結

以上是生活随笔為你收集整理的精华总结|机器视觉硬件之镜头的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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