鏡頭的參數指標

光學鏡頭一般稱為攝像鏡頭或攝影鏡頭，簡稱鏡頭，其功能就是光學成像。在機器視覺系統中，鏡頭的主要作用是將成像目標聚焦在圖像傳感器的光敏面上。鏡頭的質量直接影響到機器視覺系統的整體性能；合理選擇並安裝光學鏡頭，是機器視覺系統設計的重要環節。

　　1.鏡頭的相關參數

(1)焦距

焦距是光學鏡頭的重要參數，通常用f來表示。焦距的大小決定着視場角的大小，焦距數值小，視場角大，所觀察的範圍也大，但距離遠的物體分辨不很清楚；焦距數值大，視場角小，觀察範圍小，只要焦距選擇合適，即便距離很遠的物體也可以看得清清楚楚。由於焦距和視場角是一一對應的，一個確定的焦距就意味着一個確定的視場角，所以在選擇鏡頭焦距時，應該充分考慮是觀測細節重要，還是有一個大的觀測範圍重要，如果要看細節，就選擇長焦距鏡頭；如果看近距離大場面，就選擇小焦距的廣角鏡頭。

(2)光闌係數

即光通量，用F表示，以鏡頭焦距f和通光孔徑D的比值來衡量。每個鏡頭上都標有最大F值，例如6mm/F1.4代表最大孔徑為4.29毫米。光通量與F值的平方成反比關係，F值越小，光通量越大。鏡頭上光圈指數序列的標值為1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，16，22等，其規律是前一個標值時的曝光量正好是後一個標值對應曝光量的2倍。也就是説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，前一數值是後一數值的根號2倍，因此光圈指數越小，則通光孔徑越大，成像靶面上的照度也就越大。

(3)景深

攝影時向某景物調焦，在該景物的前後形成一個清晰區，這個清晰區稱為全景深，簡稱景深。 決定景深的三個基本因素：

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

光學鏡頭的光譜特性主要指光學鏡頭對各波段光線的透過率特性。在部分機器視覺應用系統中，要求圖像的顏色應與成像目標的顏色具有較高的一致性。因此希望各波段透過光學鏡頭時，除在總強度上有一定損失外，其光譜組成並不發生改變。

影響光學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。在機器視覺系統中，為了充分利用鏡頭的分辨率，鏡頭的光譜特性應與使用條件相匹配。即：要求鏡頭最高分辨率的`光線應與照明波長、CCD器件接受波長相匹配，並使光學鏡頭對該波長的光線透過率儘可能的提高。

(5)鏡頭的分辨率

描述鏡頭成像質量的內在指標是鏡頭的光學傳遞函數與畸變，但對用户而言，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為計量單位，計算公式為：鏡頭分辨率Ｎ＝180／畫幅格式的高度。由於攝像頭CCD靶面大小已經標準化，如1/2英寸攝像頭，其靶面為寬6.4mm＊高4.8mm，1/3英寸攝象機為寬4.8mm＊高3.6mm。因此對1/2英寸格式的CCD靶面，鏡頭的最低分辨率應為38對線／mm，對1/3英寸格式攝像頭，鏡頭的分辨率應大於50對線，攝像頭的靶面越小，對鏡頭的分辨率越高。

(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衡量，以Ｆ為標記，每個鏡頭上均標有其最大的Ｆ值，通光量與Ｆ值的平方成反比關係，Ｆ值越小，則光圈越大。所以應根據被監控部分的光線變化程度來選擇用手動光圈還是用自動光圈鏡頭。

(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量並無直接關係，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標準，分別是C-mount 和 CS-mount。兩者都有一個1英寸長的螺紋，但兩者不同在於鏡頭安裝到攝像頭後，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為12.5 mm

C-mount： 圖像傳感器到鏡頭之間的距離應為17.5 mm。一個5 mm的墊圈(C/CS 連接環) 可用於將C-mount 鏡頭轉換為CS-mount 鏡頭

2.鏡頭各參數間的相互影響關係

(1)焦距大小的影響情況：

焦距越小，景深越大；

焦距越小，畸變越大；

焦距越小，漸暈現象越嚴重，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，景深越小；

光圈越大，分辨率越高；

(3)像場中央與邊緣

一般像場中心較邊緣分辨率高；

一般像場中心較邊緣光場照度高；

(4)光波長度的影響：

在相同的攝像頭及鏡頭參數條件下，照明光源的光波波長越短，得到的圖像的分辨力越高。所以在需要精密尺寸及位置測量的視覺系統中，儘量採用短波長的單色光作為照明光源，對提高系統精度有很大的作用。