工業(yè)鏡頭一般選型步驟

       在選擇現(xiàn)有工業(yè)鏡頭產(chǎn)品時(shí)，我們一般按照這個(gè)步驟進(jìn)行選型。

       在這個(gè)選型過程中，明確項(xiàng)目需求和確認(rèn)成像鏡頭的參數(shù)成為了重點(diǎn)。項(xiàng)目需求是多種多樣的，面對不同的需求，普遍適用的選型方法是不存在的。本文嘗試?yán)砬骞I(yè)鏡頭常用參數(shù)的定義，協(xié)助選型。

  工業(yè)鏡頭的常用參數(shù)

  焦距

       焦距是指鏡頭的光學(xué)中心（光學(xué)后主點(diǎn)）到成像面焦點(diǎn)的距離，平行光通過鏡頭匯聚于一點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)就是所說的焦點(diǎn)，是鏡頭的重要性能指標(biāo)。

       焦距的大小決定著視場角的大小，焦距數(shù)值小，所觀察的范圍大；焦距數(shù)值大，視角小，觀察范圍小。一般常用的工業(yè)鏡頭的焦距為8mm、12mm、16mm、25mm、35mm、50mm等。

       焦距選擇方法：

  工作距離

       工作距離是指鏡頭前端機(jī)械面到被拍物之間的距離。

  F值

       光圈F值又稱為光圈數(shù)，是鏡頭焦距與有效孔徑之比。

  視場角

       在光學(xué)系統(tǒng)中，以鏡頭為頂點(diǎn)，以被測物體通過鏡頭的較大成像范圍的兩邊緣構(gòu)成的夾角叫做視場角。視場角的大小決定了鏡頭的視野范圍，視場角越大，視野就越大，光學(xué)倍率也就越小。

       視場角與傳感器尺寸有關(guān)，鏡頭的視場角應(yīng)標(biāo)明標(biāo)準(zhǔn)傳感器尺寸。

       以聯(lián)合光科16mm 2/3" 5M 定焦鏡頭 為例：

   使用某一款相機(jī)，在相同工作距離下拍攝，不同焦距的鏡頭也會(huì)有不同的視場角。

圖：同款相機(jī)，相同工作距離，不同焦距的拍攝效果（注：圖中所標(biāo)為水平視場角）

    視場角與焦距有關(guān)，如下圖片：視場角與鏡頭焦距。

  畸變

       鏡頭對被攝物體所成的像相對于物體本身的失真程度。

       通常分為兩種：

       枕形畸變：鏡頭成像畫面呈現(xiàn)向中間收縮的失真現(xiàn)象。

       桶形畸變：鏡頭成像畫面呈桶形膨脹狀的失真現(xiàn)象。

  光學(xué)接口

       相機(jī)和鏡頭的連接方式即為鏡頭的光學(xué)接口，業(yè)內(nèi)對于光學(xué)接口已經(jīng)形成了標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范。例如CS口、C口、F口。在工業(yè)應(yīng)用中，一般C口和CS口用在小傳感器尺寸相機(jī)上，F(xiàn)口用在大傳感器尺寸相機(jī)上。此外，還有線陣相機(jī)常用接口M42、M58、M72等，顧名思義這些就是某個(gè)直徑的螺紋口。

  傳感器尺寸

       一般指鏡頭設(shè)計(jì)時(shí)，能夠適配的較大的圖像傳感器尺寸（對角線），一般按照傳感器尺寸進(jìn)行描述，如1''、2/3''、1/2''、1/3''等，如果相機(jī)傳感器尺寸大于鏡頭設(shè)計(jì)較大尺寸，則會(huì)在畫面四個(gè)角形成暗影或黑角。

  圖：傳感器超過適配尺寸，會(huì)形成黑角

  光學(xué)總長

       光學(xué)系統(tǒng)第一個(gè)表面到像平面的距離。

  放大倍率

       是指物體通過鏡頭在焦平面上的成像大小與物體實(shí)際大小的比值。

       對同一個(gè)鏡頭而言，光學(xué)倍率與被拍攝物體距離鏡頭的遠(yuǎn)近有關(guān)；在較短工作距離對焦時(shí)，光學(xué)倍率較大。

  景深

       鏡頭對某一物平面對焦后，在對焦平面的前后都有一段能清晰成像的范圍，分別稱為前景深和后景深。

       景深=前景深+后景深；

像方彌散圓：成像光束未會(huì)聚于一點(diǎn)，在像平面上形成一個(gè)擴(kuò)散的圓形投影，稱為彌散圓。

景深ΔL=ΔL1+ΔL2

       δ：彌散圓直徑；

       f ：焦距；

       F：光圈F值；

       L：拍攝距離；

       減小光圈（增大F值）、增加拍攝距離、選擇小焦距鏡頭均可使景深增加。

  MTF（調(diào)制傳遞函數(shù)）

       用來表示鏡頭的成像性能，成像再現(xiàn)物體的對比度的程度，MTF可以近似理解為黑白線條的對比度，較大值為1，頂端的黑色線條代表該鏡頭理論上可以達(dá)到的較佳成像質(zhì)量。其余彩色線條分別代表不同視場情況下的MTF值。其中同一顏色的線條分別代表子午T和弧矢S兩個(gè)方向的MTF值情況。
 

       
    同一頻率時(shí)，MTF值不同會(huì)給圖像帶來差異。
 

  總結(jié)

       工業(yè)鏡頭的參數(shù)較多，從項(xiàng)目需求到工業(yè)鏡頭參數(shù)的確認(rèn)，需要有一個(gè)轉(zhuǎn)換的過程。理清工業(yè)鏡頭參數(shù)的概念，了解工業(yè)鏡頭常用參數(shù)對結(jié)果造成何種變化，從而選出合適的產(chǎn)品，往往是較高效的辦法。

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