光學(xué)鏡頭概述及分類

光學(xué)鏡頭概述及分類光學(xué)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(xué)成像。鏡頭是機(jī)器視覺系統(tǒng)中的重要組件，對成像質(zhì)量有著關(guān)鍵性的作用， 它對成像質(zhì)量的幾個(gè)最主要指標(biāo)都有影響， 包括:分辨率、對比度、景深及各種像差。鏡頭不僅種類繁多，而且質(zhì)量差異也非常大，但一般用戶在進(jìn)行系統(tǒng)計(jì)時(shí)往往對鏡頭的選擇重視不夠， 導(dǎo)致不能得到理想的圖像，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)開發(fā)失敗。本文的目的是通過對各種常見鏡頭的分類及主要參數(shù)介紹， 總結(jié)各種因素之間的相互關(guān)系， 使者掌握機(jī)器視覺系統(tǒng)中鏡頭的選用技巧。根據(jù)有效像場的大小劃分把攝影鏡頭安裝在一很大的伸縮暗箱前端， 并在該暗箱后端安裝一塊很大的磨砂玻璃。 當(dāng)將鏡頭光圈開至最大，并對準(zhǔn)無限遠(yuǎn)景物調(diào)焦時(shí)，在磨砂玻璃上呈現(xiàn)岀的影像均位于一圓形面積內(nèi)，而圓形中心部位，有一能使無限遠(yuǎn)處的景物結(jié)成清晰影像的區(qū)域，

在這個(gè)最大像場范圍的這個(gè)區(qū)域稱為清晰像場。照相機(jī)或攝影機(jī)的靶面一般都位于清晰像場之內(nèi)，

這一限定范圍稱為有效像場。

由于視覺系統(tǒng)中所用的攝像寸，否則成像的邊角部分會模糊甚至沒有影像。根據(jù)有效像場的大小，一般可分為如下幾類：1/4英寸攝像鏡頭3.2mm1/4英寸攝像鏡頭3.2mmx2.4mm（對角線4mm）1/3英寸攝像鏡頭4.8mmx3.6mm（對角線6mm）1/2英寸攝像鏡頭6.4mmx4.8mm（對角線8mm）2/3英寸攝像鏡頭8.8mmx6.6mm（對角線11mm）

1英寸攝像鏡頭35mm16mm135型攝影鏡頭127型攝影鏡頭

12.8mmx9.6mm（對角線16mm）21.95mmx16mm（對角線27.16mm）10.05mmx7.42mm（對角線12.49mm）36mmx24mm40mmx40mm照相鏡頭 120型攝影鏡中型攝影鏡頭大型攝影鏡頭

80mmx60mm82mmx56mm240mmx180mm根據(jù)焦距分類根據(jù)焦距能否調(diào)節(jié)，可分為定焦距鏡頭和變焦距鏡頭兩大類。又可分為魚眼鏡頭、短焦鏡頭、標(biāo)準(zhǔn)鏡頭、長焦鏡頭四大類。需要注意的

依據(jù)焦距的長短，定焦距鏡頭是焦距的長短劃分并不是以焦距的絕對值為首要標(biāo)準(zhǔn)，而是以像角的大小為主要區(qū)分依據(jù)，所以當(dāng)靶面的大小不等時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的焦距大小也不同。 變焦鏡頭上都有變焦環(huán)，調(diào)節(jié)該環(huán)可以使鏡頭的焦距值在預(yù)范圍內(nèi)靈活改變。變焦距鏡頭最長焦距值和最短焦距值的比值稱為該鏡頭的變焦倍率。 變焦鏡頭可分為手動(dòng)變焦和電動(dòng)變焦兩大類。變焦鏡頭由于具有可連續(xù)改變焦距值的特點(diǎn)， 在需要經(jīng)常改變攝影視場的情況下非常方便使手動(dòng)變焦電動(dòng)變焦手動(dòng)變焦電動(dòng)變焦實(shí)際中常用的鏡頭的焦距是從 4毫米到300毫米的范圍內(nèi)有很多的等級， 如何選擇合適焦距的鏡頭是在機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的一個(gè)主要問題。 光學(xué)鏡頭的成像規(guī)律可以根據(jù)兩個(gè)基本成像公式牛頓公式和高斯公式來推導(dǎo)，

對于機(jī)器視覺系統(tǒng)的常見設(shè)計(jì)模型，

我們一般是根據(jù)成像的放大率和物距這兩個(gè)條件來選擇合適焦距的鏡頭的，在此給出一組實(shí)用的計(jì)算公式：物焦：像：l=f(1+1/m)f物焦：像：l=f(1+1/m)f=l/(1+1/m)h'=mh=h(l'-f)/f/m=h'(l-f)/f高：根據(jù)鏡頭接口類型劃分鏡頭和攝像機(jī)之間的接口有許多不同的類型，工業(yè)攝像機(jī)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(zhì)量并無直接系，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(zhuǎn)接口。c接口和CS接口是工業(yè)攝像機(jī)最常見的國際標(biāo)準(zhǔn)接口， 為1英寸—32un英制螺紋連接口， c型口和CS型接口的螺紋連接是一樣的， 區(qū)別在于c型接口的后截距為17.5mm，cs型接口的后截距為12.5mm。所以cs型接口的攝像機(jī)可以和c口及cs口的鏡頭連接使用，只是使用 c口鏡頭時(shí)需要加一個(gè)5mm的接圈；c型接口的攝像機(jī)不能用 cs口的鏡頭。f接口鏡頭是尼康鏡頭的接口標(biāo)準(zhǔn)，所以又稱尼康口，也是工業(yè)攝像機(jī)中常用的類型，一般攝像機(jī)靶面大于1英寸時(shí)需用f口的鏡頭。v鏡頭。特殊用途的鏡頭micro10:132:1時(shí)也會選用顯微鏡頭。微距鏡頭(macro)，一般是指成像比例為 2:1 1:4的范圍內(nèi)的特殊設(shè)計(jì)的鏡頭。在對圖像質(zhì)量放大成像的效果。遠(yuǎn)心鏡頭(telecentric)，主要是為糾正傳統(tǒng)鏡頭的視差而特殊設(shè)計(jì)的鏡頭，它可以在一定的物距范圍內(nèi)，使得到的圖像放大倍率不