工業鏡頭一般選型步驟

       在選擇現有工業鏡頭產品時，我們一般按照這個步驟進行選型。

       在這個選型過程中，明確項目需求和確認成像鏡頭的參數成為了重點。項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。本文嘗試理清工業鏡頭常用參數的定義，協助選型。

  工業鏡頭的常用參數

  焦距

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

       焦距的大小決定著視場角的大小，焦距數值小，所觀察的范圍大；焦距數值大，視角小，觀察范圍小。一般常用的工業鏡頭的焦距為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械面到被拍物之間的距離。

  F值

       光圈F值又稱為光圈數，是鏡頭焦距與有效孔徑之比。

  視場角

       在光學系統中，以鏡頭為頂點，以被測物體通過鏡頭的較大成像范圍的兩邊緣構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，光學倍率也就越小。

       視場角與傳感器尺寸有關，鏡頭的視場角應標明標準傳感器尺寸。

       以聯合光科16mm 2/3" 5M 定焦鏡頭 為例：

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

圖：同款相機，相同工作距離，不同焦距的拍攝效果（注：圖中所標為水平視場角）

    視場角與焦距有關，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：鏡頭成像畫面呈現向中間收縮的失真現象。

       桶形畸變：鏡頭成像畫面呈桶形膨脹狀的失真現象。

  光學接口

       相機和鏡頭的連接方式即為鏡頭的光學接口，業內對于光學接口已經形成了標準的規范。例如CS口、C口、F口。在工業應用中，一般C口和CS口用在小傳感器尺寸相機上，F口用在大傳感器尺寸相機上。此外，還有線陣相機常用接口M42、M58、M72等，顧名思義這些就是某個直徑的螺紋口。

  傳感器尺寸

       一般指鏡頭設計時，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行描述，如1''、2/3''、1/2''、1/3''等，如果相機傳感器尺寸大于鏡頭設計較大尺寸，則會在畫面四個角形成暗影或黑角。

  圖：傳感器超過適配尺寸，會形成黑角

  光學總長

       光學系統第一個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際大小的比值。

       對同一個鏡頭而言，光學倍率與被拍攝物體距離鏡頭的遠近有關；在較短工作距離對焦時，光學倍率較大。

  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：成像光束未會聚于一點，在像平面上形成一個擴散的圓形投影，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（調制傳遞函數）

       用來表示鏡頭的成像性能，成像再現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到的較佳成像質量。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兩個方向的MTF值情況。
 

       
    同一頻率時，MTF值不同會給圖像帶來差異。
 

  總結

       工業鏡頭的參數較多，從項目需求到工業鏡頭參數的確認，需要有一個轉換的過程。理清工業鏡頭參數的概念，了解工業鏡頭常用參數對結果造成何種變化，從而選出合適的產品，往往是較高效的辦法。

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