1.概述

        相机镜头是指相机上接收光学对象，并且对其进行调整，从而实现光学成像的部份，它是相机中最重要的部件，它的好坏直接影响到拍摄成像的质量。 

2.工作原理

        镜头的成像是以凸透镜成像的原理为基础，通过透镜的组合，把物体发出或者反射的光线成像在像平面上（与芯片面重合）。任何一个复杂的透镜组合都可以等效为一个简单的透镜，光经过透镜的传播路线可以简单的画作下图：

3.分类与区别

4.相关参数/概念

4.1 焦距（Focal Length）

        对于单个透镜而言，焦距指从光心到焦点的距离；对多透镜组成的镜头组而言，焦距指像方主平面到焦点的距离。工业定焦镜常用的焦距 有6mm，8mm，12mm，16mm，25mm，35mm，50mm。

        焦距越大，景深越小，畸变越小。

4.2 光圈系数（Aperture）

        表征光圈的大小，即通光量的参数，F等于镜头焦距（f）和通光孔径（D）之比，用F值表示。光圈系数与相对孔径成反比，一般最大的相对孔径刻会在镜头上。
        F值越大，相对孔径越小，通光量越小，图片越暗，景深越大。

4.3 对焦范围

        可清晰成像的工作距离范围，通常镜头都有一个最小的对焦距离。

4.4 工作距离（Working Distance）

        镜头前部到受检物体的距离，即清晰成像的表面距离。小于最小工作距离或大于最大工作距离不能成像。一般对焦范围会刻在镜头上。
        工作距离越大，视野越大，景深越大。

4.5 视场角（Angle of View）

        以镜头为顶点，以被测目标的物像可通过镜头的最大范围的两条边缘构成的夹角。有垂直视场角、水平视场角、对角视场角。
        视场角越大，视野越大。

4.6 分辨率（Resolution Ratio）

        图像系统可以测到的受检验物体上的最小可分辨特征尺寸。镜头分辨率不应低于相机分辨率。

4.7 景深（Depth of Field）

        在景物空间中，在被摄物体聚焦清楚后，在物体前后一定距离内，其影像仍然清晰的范围，也就是能在实际像平面上获得相对清晰影像的景物空间深度范围。

        光圈越小，焦距越短，工作距离越远，景深越大。

4.8 视野（Field of View）

        镜头能观测到的实际范围。

4.9 放大倍率

        像与物的大小之比。

        放大倍率 = 相机传感器短边尺寸 / 相机短边的视野范围 = 焦距 / 工作距离

4.10 靶面尺寸（Sensor Size）

        镜头可支持的最大传感器尺寸。镜头靶面需大于相机传感器靶面尺寸。

4.11 镜头接口（Mount）

        镜头与相机的连接方式，需与相机光学接口匹配。

4.12 畸变

        镜头在成像时，特别是用短焦距镜头拍摄大视场，图像会产生形变，这种情况叫做镜头的畸变。常见畸变有桶形畸变和枕形畸变。

5.远心镜头

5.1 概述

        远心镜头（Telecentric），主要是为纠正传统工业镜头视差而设计，它可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会变化，既在一定工作距离范围内，所得图像成像大小相同。

        远心镜头由于其特有的平行光路设计一直为对镜头畸变要求很高的机器视觉应用场合所青睐，主要应用于精密测量。一般分为物方远心镜头、像方远心镜头、双侧远心镜头。

5.2 特点

        1）放大倍数恒定，不随景深变化而变化，无视差。

        2）畸变小，精度高。

        3）成本稍高，尺寸大，重量重。

5.3 应用场景

        1）需要检测有厚度的物体时（厚度>1/10 FOV直径）。

        2）需要检测不在同一平面的物体时。

        3）不清楚物体到镜头的距离究竟是多少时。

        4）需要检测带孔径、三维的物体时。

        5）需要低畸变、图像效果亮度几乎完全一致时。

        6）缺陷只在同一方向平行照明下才能检测到时。

6.镜头选型

6.1 确定镜头类型

        1）根据相机类型确定镜头类型：线阵or面阵。

        2）要求高精度测量、畸变小的场合考虑选择变焦镜头、远心镜头，否则选择定焦镜头。

6.2 确定视野、工作距离、相机靶面尺寸

        1）根据应用场景和待测物体大小确定视野大小、工作距离。

        2）根据相机参数确定靶面大小。

6.3 估算焦距

        1）焦距f = (工作距离WD * 芯片单方向尺寸h) / 单方向视野H

                f / WD = h / H

        2）选取接近的标准焦距。焦距越小，视场角就越大，视野也就相应的更大，因为焦距一般有固定的值，所以实际焦距可以相应选小一号的。

6.4 确定镜头分辨率、尺寸、接口

        1）根据相机参数确定镜头分辨率。

        2）根据相机参数确定镜头最大兼容CCD尺寸。

        3）根据相机参数确定镜头接口。

6.5 反推

        1）焦距反推工作距离。

        2）焦距、工作距离反推相机传感器视野大小。

        3）视野大小反推精度。

        4）确定or重选相机及镜头。

by Ryou2-