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光学镜头基础知识

作者：隆信实业|发表时间：2018-01-10 16:34:50

光学镜头是机器视觉系统中必不可少的部件,直接影响成像质量的优劣，影响算法的实现和效果。另外争取选折合适的镜头，降低机器视觉系统成本，才是产业兴旺发达的唯一出路。光学镜头规格繁多，有时不免头晕。光学镜头从焦距上可分为短焦镜头、中焦镜头，长焦镜头；从视场大小分有广角、标准，远摄镜头；结构上分有固定光圈定焦镜头，手动光圈定焦镜头，自动光圈定焦镜头，手动变焦镜头、自动变焦镜头，自动光圈电动变焦镜头，电动三可变（光圈、焦距、聚焦均可变）镜头等。根据我们使用的经验，俄罗斯的光学镜头很便宜。

结构上分

1. 固定光圈定焦镜头

简单。镜头只有一个可以手动调整的对焦调整环，左右旋转该环可使成像在CCD 靶面上的图像最清晰。没有光圈调整环，光圈不能调整，进入镜头的光通量不能通过改变镜头因素而改变，只能通过改变视场的光照度来调整。结构简单，价格便宜。

2. 手动光圈定焦镜头

手动光圈定焦镜头比固定光圈定焦镜头增加了光圈调整环，光圈范围一般从 F1.2 或 F1.4 到全关闭，能方便地适应被被摄现场地光照度，光圈调整是通过手动人为进行的。光照度比较均匀，价格较便宜。

3. 自动光圈定焦镜头

在手动光圈定焦镜头的光圈调整环上增加一个齿轮合传动的微型电机，并从驱动电路引出3 或 4 芯屏蔽线，接到摄像机自动光圈接口座上。当进入镜头的光通量变化时，摄像机CCD 靶面产生的电荷发生相应的变化，从而使视频信号电平发生变化，产生一个控制信号，传给自动光圈镜头，从而使镜头内的电机做相应的正向或反向转动，完成调整大小的任务。

4. 手动光圈变焦镜头

焦距可变的，有一个焦距调整环，可以在一定范围内调整镜头的焦距，其可变比一般为2～3 倍，焦距一般为3.6~8mm。实际应用中，可通过手动调节镜头的变焦环，可以方便地选择被监视地市场的市场角。但是当摄像机安装位置固定下以后，在频繁地手动调整变焦是很不方便的。因此，工程完工后，手动变焦镜头的焦距一般很少调整。仅起定焦镜头的作用。

5. 自动光圈电动变焦镜头

与自动光圈定焦镜头相比增加了两个微型电机，其中一个电机与镜头的变焦环合，当其转动时可以控制镜头的焦距；另一电机与镜头的对焦环合，当其受控转动时可完成镜头的对焦。但是，由于增加了两个电机且镜片组数增多，镜头的体积也相应增大。

6. 电动三可变镜头

与自动光圈电动变焦镜头相比，只是将对光圈调整电机的控制由自动控制改为由控制器来手动控制。

场合上分：

按视场大小分为：小视场镜头，普通镜头（约50 度左右），广角镜头和特广角镜头（100－120 度）

1. 标准镜头：视角约 50 度，也是人单眼在头和眼不转动的情况下所能看到的视角，所以又称为标准镜头。5mm 相机的标准镜头的焦距多为 40mm，50mm 或 55mm。120 相机的标准镜头焦距多为 80mm 或 75mm。CCD 芯片越大则标准镜头的焦距越长。

2.广角镜头：视角 90 度以上，适用於拍摄距离近且范围大的景物，又能刻意夸大前景表现强烈远近感即透视。35mm 相机的典型广角镜头是焦距 28mm，视角为 72 度。120 相机的 50，40mm 的镜头便相当于35mm 相机的 35，28mm 的镜头．

3.长焦距镜头：适于拍摄距离远的景物，景深小容易使背景模糊主体突出，但体积笨重且对动态主体对焦不易。35mm 相机长焦距镜头通常分为三级，135mm 以下称中焦距，135－500mm 称长焦距，500mm120 相机的 150mm 的镜头相当于 35mm 相机的 105mm 镜头。由於长焦距的镜头过于笨重，所以有望远镜头的设计，即在镜头后面加一负透镜，把镜头的主平面前移，便可用较短的镜体获得镜体获得长焦距的效果。

4.反射式望远镜头：是另一种超望远镜头的设计，利用反射镜面来构成影像，但因设计的关系无法装设光圈，仅能以快门来调整曝光。

5.微距镜头（marco lens）：除作极近距离的微距摄影外，也可远摄。

接口类型来分

1. C 型镜头

法兰焦距是安装法兰到入射镜头的平行光的汇聚点之间的距离。法兰焦距为17.526mm 或 0.690in。安装罗纹为：直径1in，32 牙.in。镜头可以用在长度为 0.512in (13mm)以内的线阵传感器。但是，由于几何变形和市场角特性，必须鉴别短焦镜头是否合用。如焦距为12.6mm 的镜头不应该用长度大于 6.5mm 的线阵。如果利用法兰焦距尺寸确定了镜头到列阵的距离，则对于物方放大倍数小于20 倍时需增加镜头接圈。接圈加在镜头后面，以增加镜头到像的距离，以为多数镜头的聚焦范围位5－10％。镜头接长距离为焦距/物方放大倍数。

2. CS 型镜头

With a 5 mm adapter ring, a C lens can be used on a CS-mount camera.

3. U 型镜头

一种可变焦距的镜头，其法兰焦距为 47.526mm 或 1.7913in，安装罗纹为 M42×1。主要设计作 35mm 照片应用（如国产和进口的各种135 相机镜头），可用于任何长度小于 1.25in(38.1mm)的列阵。建议不要用短焦距镜头。

4. 特殊镜头

如显微放大系统。要特别注意CS 和 C 的差别，不同类型的 camera 和不同类型的 Len 连接时，要定制转接环。国外很贵，一个约$50,不如自己加工。光学镜头的主要参数和评价主要参数有焦距，视场，物距，光圈，快门等。

对于镜头最完善的评价莫过于MTF （Modulation Transfer Function）。但是由于像差（标定的原因），镜头的每个范围都有一个MTF 值。这些范围指的是：（

1）近轴部分，

2）离轴部分，

3）当光学系统存在不对称畸变时，上述两部分在不同方向上的子部分。每个部分对于不同的辐射能量波长范围，都有各自相应的MTF 值。 MTF 是评价成像系统的最常用、最优的指标，也是指导机器视觉系统集成的最优指标。