镜头的分类

镜头的分类方式很多，而且品种繁多，现在按镜头的接口和用途分类如下。

2-3-1 按镜头接口分类

2-3-1-1 CCTV（C-MOUNT）

又称C接口镜头，是目前在机器视觉系统中使用最广泛的镜头，具有重量轻，体积小，价廉，品种多等优点，它的接口螺纹参数：公称直径=1″，螺距：32牙。

C接口的一种变化形式称CS-MOUNT，它和C-MOUNT的区别仅仅是镜头的定位面到图像传感器光敏面的距离不同。C-MOUNT是17.5mm，而CS-MOUNT是12.5mm。它们之间相差5mm。

CS-MOUNT接口是为新的CCD而设计的，随着CCD的发展，集成度越来越高，相同分辨率的光敏阵列更小了，为此CS-MOUNT更适应有效光敏传感器尺寸更小的摄像头。

具有CS接口的相机，可以与C和CS型接口的镜头连接，但是与C接口镜头连接时需加装一个节圈；具有C接口的相机只能与C接口镜头连接，而不能与CS接口镜头连接，否则不但不能获得良好聚焦，还有可能损坏CCD靶面。

2-3-1-2 35mm摄像镜头

这种镜头就是生活中所使用的35mm照相机镜头，从性价比来衡量，是一种非常好的镜头。有很多摄像头和线阵扫描CCD需装备这种镜头。

35mm镜头的一个缺点是卡口式固定方式。这种固定方式使用在振动环境中时，镜头会产生移动。所以在机器视觉系统中，35mm摄像镜头不是一个好的选择。

2-3-2 按等效焦距分类

2-3-2-1 广角镜头

等效焦距小于标准焦距（50mm）的镜头。特点是工作距离WD短，景深大，视角大，通常畸变表现为桶形失真。

2-3-2-2 长焦距镜头

等效焦距超过200mm，工作距离长，放大倍数大，通常畸变表现为枕形失真。

2-3-2-3 中焦距镜头

机器视觉系统中最常用的镜头，焦距在50mm左右，介于广角镜头和长焦距镜头之间，通常情况下畸变校正较好。

2-3-2-4 远心镜头

在机器视觉系统中，物体的尺寸往往是很重要的。但一般的镜头在成像时，远离镜头的物体成像较小，而同一尺寸的近距离物体成像较大，结果，产生了测量误差。远心镜头就是为消除这一误差而设计的，使相同尺寸、不同远近的物体在成像面上尽可能获得相同尺寸的图像。

2-3-2-5 微距镜头

用于拍摄较小物体的镜头，它具有很大的镜头放大比。

2-3-3 按镜头所具有的功能分类

2-3-3-1 变焦距镜头

亦称为变倍镜头，它是相对于定焦镜头而言的。通过镜头中镜片之间相互移动，使镜头的焦距在一定范围内变化，从而在无需更换镜头的条件下，使CCD相机既可获得全景图像，又可获得局部细节图像。变焦镜头范围一般有6、8、10、12、16、20、50倍等档次。

2-3-3-2 可变光圈镜头

在镜头中按装有能控制光线输入量的可变光圈，使镜头的相对孔径F可以连续变化，以便适应对不同亮度物体的正确曝光。

按照功能分类，还可以进一步分为自动调焦镜头、自动光圈镜头等等。

2-4镜头的分辨率、景深和光圈

在机器视觉系统中影响各项空间分辨率的因素很多，其中主要为镜头、摄像头和采集卡，我们将在有关章节从不同的角度分别对分辨率进行讨论，（第4-3、6-4、7-1等章节）本节讨论一下镜头的分辨率。

分辨率就是反映图象细节的能力，在镜头与摄像头中多以线对数来表达，即分辨相同宽度的黑白间隔线对的能力，例如每毫米的线对数（1p/mm）。另一种表达方式是全图象的像元（pixel）数。

影响镜头分辨率的因素有两个：衍射和光差。

a．  衍射（Diffraction）是光线通过镜头时产生的绕射，它会使物体图像锐变的边缘模糊化，从而影响分辨率，见图2-4，比较清晰的红圆块经过镜头，边缘模糊了。从图中还可以看出，当光圈减少时，衍射现象更严重，圆块直径更大了，即分辨率更差了。

b．  光差（Aberrtion）是在镜头的设计和制造过程中引起的机械误差而产生的图像失真，从而影响了镜头的分辨率，光差也和光圈有关，光差和光圈的关系与衍射与光圈的关系相反，光圈越小，光差越少，分辨率越大。

综合起来看，首先，衍射和光差对分辨率的影响都与光圈的大小有关，而光圈的大小对这两个因素的影响又是相反的。镜头的景深（DOF）也是和光圈有关的，光圈越大，景深越小；光圈越小景深越大。那么光圈到底如何来选择呢？衍射、光差、景深、光圈和分辨率之间的关系是如何相互影响的呢？参看图2-5。图中是一款35mm双高斯镜头所具有的特性曲线和参数。从图中可以看出，随着光圈的缩小（f/D增加）衍射使分辨率越来越低，假设Lp/mm=5使分辨率的最低允许值，相对孔径f/D=13.5时是最大值，即相应的最小光圈直径约为2.6mm，也就是说在这一光圈下获得的景深是最大景深。

反过来，随着光圈的增大（f/D减少），光差使分辨率越来越低，它在f/D=4.2光圈为8.3mm处与衍射曲线交叉，形成了镜头最大可能的分辨率，当光圈继续增大时，则光差会使分辨率迅速减少，当f/D<3时，分辨率会低于最低允许值Lp/mm=5。

一般我们在购买镜头的时候，不可能获得该镜头如图2-5所示的曲线和参数，但我们在挑选和设定镜头时应定性地遵循以下原则：

a．  为了获得高分辨，镜头的光圈应尽可能的大，但并不是越大越好，在光圈拧到全开时，应反过来稍稍关小一些；

b．  如果机器视觉系统检测的物体与镜头的距离是随机变化的，或者物体本身有一定的深度，而镜头又要清晰的反映整个物体，那就会对镜头的景深有一定的要求，也就是说应适当减少光圈来获得较大的景深，由于衍射，光圈的减少又会引起分辨率的降低，为了保证最低允许的分辨率，应购买档次较高的镜头，以便于当光圈减小而使分辨率降低时，分辨率仍能满足需求。

c．  最后，精细调节焦距是保证镜头分辨率最基本的要求。

大多数便宜的镜头分辨率在50Lp/mm左右，相当于水平分辨率为700个像元，这样的镜头适合于对分辨率没有特殊要求的机器视觉系统，和相当于VGA级以下的分辨率的摄像头相配。

在使用百万级以上摄像头的系统中，镜头的分辨率应达到100Lp/mm，和相当于水平像元数为1280的摄像头（1/2英寸）相配。