引言
前兩篇對機器視覺項目的相機和光源做了一個大致總結，
本篇在其基礎上對鏡頭的選擇進行分析，總結。
1、鏡頭的選擇
工業相機鏡頭由多個透鏡、可變(亮度)光圈和對焦環組成。如下圖所示，在使用時由操作者觀察相機顯示屏來調整可變光圈和焦點，以確保圖像的明亮程度及清晰度(有些鏡頭有固定調節系統)。
（1）鏡頭的接口
鏡頭的接口尺寸是有國際標准的，共有三種接口型式，即F型、C型、CS型，其他有M42、萊卡、哈蘇、AK。F型接口是通用型接口，一般適用於焦距大於25mm的鏡頭；而當物鏡的焦距約小於25mm時，因物鏡的尺寸不大，便采用C型或CS型接口。
C接口和CS接口的區別：
①C與CS接口的區別在於鏡頭與攝像機接觸面至鏡頭焦平面（攝像機 CCD光電感應器應處的位置）的距離不同，C型接口此距離為17.526mm，CS型接口此距離為12.5mm。
② C型鏡頭與C型攝像機，CS型鏡頭與CS型攝像機可以配合使用。C型鏡頭與CS型攝像機之間增加一個 5mm的C/CS轉接環可以配合使用。CS型鏡頭與C型攝像機無法配合使用。
鏡頭成像原理：
（2）工業鏡頭的基本參數
鏡頭選擇應注意：①焦距 ②目標高度 ③影像高度 ④放大倍數 ⑤影像至目標的距離 ⑥中心點/節點 ⑦畸變。
<1> 視場（Field of view，即FOV，也叫視野范圍）
視場：指觀測物體的可視范圍，也就是充滿相機采集芯片的物體部分。（視場范圍是選型中必須要了解的）
<2> 工作距離（Working Distance,即WD）
工作距離：指從鏡頭前部到受檢驗物體的距離。即清晰成像的表面距離（選型必須要了解的問題，工作距離是否可調？包括是否有安裝空間等）。
<3> 分辨率
分辨率：圖像系統可以測到的受檢驗物體上的最小可分辨特征尺寸。在多數情況下，視野越小，分辨率越好。（在實際選擇鏡頭時，鏡頭尺寸不能小於相機芯片尺寸，一定要要大於或等於相機芯片尺寸）
影響分辨率的主要因素：鏡頭結構、材質、加工精度等。
其它因素：
- 鏡頭光圈越大，分辨率越高；
- 光波長度，波長越短分辨率越高；
- 同檔次的固定焦距鏡頭比變焦鏡頭分辨率高；
- 短焦鏡頭一般邊緣分辨率比中心低；長焦鏡頭一般中心比邊緣分辨率低。
<4> 景深（Depth of view，即DOF）
景深：物體離最佳焦點較近或較遠時，鏡頭保持所需分辨率的能力（需要了解客戶對景深是否有特殊要求？）
景深和鏡頭的焦距、光圈、物距有關：
- 光圈越小，景深越大；
- 拍攝距離越大，景深越大；
- 焦距越短，景深越大。
<5> 焦距（f）
焦距：是光學系統中衡量光的聚集或發散的度量方式，指從透鏡的光心到光聚集之焦點的距離。亦是照相機中，從鏡片中心到底片或CCD等成像平面的距離。
f = {工作距離/視野范圍長邊（或短邊）}*CCD長邊（或短）（需要記住的重要公式）
焦距大小的影響情況：
- 焦距越小，景深越大；
- 焦距越小，畸變越大；
- 焦距越小，漸暈現象越嚴重，使像差邊緣的照度降低。
像差是影響圖像質量的重要方面，常見的像差有如下六種：球差、慧差、像散、場曲、畸變、色差。
<6> 光圈與F值
光圈是一個用來控制鏡頭通光量裝置，它通常是在鏡頭內。表達光圈大小我們是用F值，如f1.4，f2，f2.8。
<8> 感光芯片尺寸
相機感光芯片的有效區域尺寸，一般指水平尺寸。這個參數對於決定合適的鏡頭縮放比例以獲取想要的視場非常重要。鏡頭主要縮放比例 (PMAG) 由感光芯片的尺寸和視場的比率來定義。雖然基本參數包括感光芯片的尺寸和視場，但PMAG卻不屬於基本參數。
<9> 光學放大倍數
用於計算主要縮放比例的公式如下：
PMAG = CCD Size / FOV
顯示放大倍數：
顯示放大倍率在顯微中應用非常廣泛，被測物體的顯示放大倍率取決於三個因素：鏡頭光學倍率、工業相機感光芯片的尺寸（靶面大小）、顯示器尺寸。
顯示放大倍率=鏡頭光學倍率×顯示器尺寸×25.4/耙面對角線尺寸。
小結：工業鏡頭各參數間相互影響關系：
- 光圈大小的影響情況：光圈越大，圖像亮度越高；景深越小；分辨率越高；
- 像場中央與邊緣：一般像場中心較邊緣分辨率高；像場中心較邊緣光場照度高。
- 光波長度的影響：在相同的工業相機及鏡頭參數條件下，照明光源的光波波長越短，得到的圖像的分辨力越高。所以在需要精密尺寸及位置測量的視覺系統中，盡量采用短波長的單色光作為照明光源，對提高系統精度有很大的作用。
2，鏡頭的分類
為了適應不同的應用場合，鏡頭有多種類型，從不同的角度，就有不同的划分方法：
按光學放大倍率及焦距划分：
- 顯微鏡： 體視顯微鏡、生物顯微鏡、金相顯微鏡、測量顯微鏡
- 常規鏡頭：
- 魚眼鏡頭：6-16mm
- 超廣角鏡頭：17-21mm
- 廣角鏡頭：24-35mm
- 標准鏡頭：45-75mm
- 長焦鏡頭：150-300mm
- 超長焦鏡頭：300mm以上
- 特殊鏡頭：
- 微距鏡頭
- 遠距鏡頭
- 遠心鏡頭
- 紅外鏡頭
- 紫外鏡頭
遠心鏡頭特性：
遠心鏡頭（Telecentric lens），主要是為糾正傳統鏡頭的視差而特殊設計的鏡頭，它可以在一定的物距范圍內，使得到的圖像放大倍率不會隨物距的變化而變化，這對被測物不在同一物面上的情況是非常重要的應用。此外，遠心鏡頭(Telecentric lens)相比普通鏡頭，還具有低畸變，高景深，高分辨力等特性 。遠心鏡頭由於其特有的平行光路設計一直為對鏡頭畸變要求很高的機器視覺應用場合所青睞，廣泛應用於半導體、機械零部件，科研、激光測徑，印鈔等相關行業，主要完成精密測量、定位等工作任務。
1.遠心特性 非遠心鏡頭下圖光學系統無法確保視場內一致的放大率，於是總會造成測量精度的下降。
2.低畸變特性 大多數精確測量的場合需要對微小畸變進行標定，優秀的遠心鏡頭廠家采集精確的灰度圖像並進行精確分析以測量畸變，使得遠心鏡頭的畸變如此微小，更真實的還原圖像。
3.高景深范圍和高解析度過小的景深會引起對比度的下降，結果會降低分辨力。遠心鏡頭具有高的景深范圍和解析度，滿足各種不同的測試要求。
遠心鏡頭與普通鏡頭對比
遠心工業鏡頭主要是為糾正傳統工業鏡頭的視差而特殊設計的鏡頭，它可以在一定的物距范圍內，使得到的圖像放大倍率不會隨物距的變化而變化，這對被測物不在同一物面上的情況是非常重要的應用。
普通工業鏡頭目標物體越靠近鏡頭（工作距離越短），所成的像就越大。在使用普通鏡頭進行尺寸測量時，會存在問題。
普通鏡頭優點：成本低，實用，用途廣。
普通鏡頭缺點：放大倍率會有變化，有視差。
普通鏡頭應用：大物體成像。
遠心鏡頭的優點：放大倍數恆定，不隨景深變化而變化，無視差。
遠心鏡頭的缺點：成本高，尺寸大，重量重。
遠心鏡頭的應用：度量衡方面，基於CCD方面的測量，微晶學
3，工業鏡頭的選擇要點
對鏡頭的選擇，我們首先必須先確定客戶需求：
1、視野范圍、光學放大倍數及期望的工作距離：在選擇鏡頭時，我們會選擇比被測物體視野稍大一點的鏡頭，以有利於運動控制。
2、景深要求：對於對景深有要求的項目，盡可能使用小的光圈；在選擇放大倍率的鏡頭時，在項目許可下盡可能選用低倍率鏡頭。如果項目要求比較苛刻時，傾向選擇高景深的尖端鏡頭。
3、芯片大小和相機接口：例如2/3’’鏡頭支持最大的工業相機耙面為2/3’’，它是不能支持1英寸以上的工業相機。
4、注意與光源的配合，選配合適的鏡頭 。
5、可安裝空間：在方案可選擇情況下，讓客戶更改設備尺寸是不現實的。
實例：
