工业相机使用的典型镜头实际上是由外壳内部的多种光学镜片组成的镜头系统。根据不同的技术，这种类型的相机镜头称为“复合镜头”。然而，当相机镜头配备可安装各种相机的安装环时，通常俗称为镜头系统。视觉系统选择适当的相机镜头对于实现特定的成像效果至关重要。

       本文将探讨镜头的物理属性、镜头类型及其独特的光学特性和其他考虑因素，例如与不同尺寸传感器的兼容性、足够大的光圈以及光学像差的影响。

图1｜各种尺寸和焦距的镜头

物理结构
01 焦距

       为应用选择合适的镜头需要仔细考虑镜头焦距问题。

       有两种主要类型的相机镜头，分别为定焦镜头和变焦镜头（也称为可变焦距/套装镜头）。

       这两种类型镜头的主要区别在于定焦镜头具有固定焦距，而变焦镜头具有一系列不同的焦距。

       焦距通常以毫米(通常缩写为mm)为单位，能够传达大量有关待捕获图像类型的信息，例如镜头可以拍摄图像的视角（通常称为视野或FoV）以及图像内目标的放大倍率。

       对视角影响不大的正常焦距约为50mm。

       这种视角类似于人眼可以看到的正常视角。

       典型变焦镜头的焦距范围为35-70mm，并提供一系列视角，但不会过度拉伸或放大拍摄对象。

        尽管由于胶片和传感器的物理设计，这种视角被裁剪成一个框框，但它仍然是捕获“正常”图像的标准。

       本文将探讨各种类型的镜头，以帮助相机用户更好地了解每种镜头类型可以实现的功能，。

       如使用长焦镜头获得更近距离（或放大）的图像，用广角镜头增加FoV。

 02 聚焦环

       相机用户手动调节相机镜头的焦距被称为“拉焦”。

       当某人需要调整相机位置并重新聚焦镜头时，通常采用拉焦这种方式。

       在商业成像应用中，最终用户倾向于将工业相机连接至位置固定的安装设备。

       当相机始终指向同一个目标时，定焦镜头可以在设置过程中调节焦距，或者使用自动对焦来调节焦距，但没有可以改变焦距的变焦环。

        但是，某些需要移动组件的应用可能需要相机在不同焦距处重新聚焦。

       在相机移动拍摄的应用中，例如机器人或航空成像，是否能够用不同焦距的镜头进行聚焦可能会很重要。

03 变焦环

       变焦环可以改变相机的焦距。增加相机的焦距后，变焦环实际上会缩小FoV。

       因此拍摄出特写图像，但视野内的周围环境细节会减少。

       相机镜头内的光学元件数量因镜头类型而异。一般来说，其中一个主要因素为镜头是变焦镜头还是定焦镜头。

       套装镜头在镜头组合件中将有更多的镜片，因为这种镜头需要能够调节相机的焦点。

       变焦环增加了相机的光学元件，因为它引入了更多需要调节到达传感器的光线的部件。

       但是，定焦镜头操作通常更简单，零件也更少。因此价格通常也比较实惠。

04 镜头接口

        在选择镜头之前，通常首先考虑相机或传感器。针对特定应用选择相机时，需要根据镜头接口的类型来确定可用的镜头类型。

       制造商可能会使用独特的、或专有的接口来将镜头固定到相机上。

       各种镜头接口可以兼容一系列不同尺寸的相机传感器。

       由于大多数镜头接口设计只兼容特定尺寸的传感器，在调整至新镜头时，可能需要使用兼容的相机，或者采用更实惠的解决方案—转接环。

       转接环允许相机使用通常与其不兼容的镜头接口。因此诞生了许多可与相机组合的潜在镜头类型和制造商。

       整合镜头与转接环时，制造商之前可能已经植入的某些专有技术可能不再兼容。

       这可能会导致相机失去部分有用的功能，例如自动对焦或通过相机调节光圈的能力。

       但是，如果工业相机制造商进行OEM级别的整合，则仍有可能整合一些通常只归属于镜头制造商的功能。例如，可以利用佳能EF镜头内置的自动对焦功能。

       但是，最理想的情况是使用与相机传感器尺寸相匹配的镜头，从而最大限度地提升光学性能。

       常见的镜头接口类型包括A、E、EF、C、CS和S接口（也称为M12接口）。C接口和CS接口镜头最常用于机器视觉和工业应用。

       归根结底，给定成像应用中使用的镜头接口类型将根据相机类型和任何尺寸限制而有所不同。

图2｜微型三分之四（M4/3）传感器的镜头接口

05 镜头清晰度

       搭载大型传感器和高像素数的工业相机可以拍摄出非常清晰的图像。

       视觉系统的最大分辨率取决于相机传感器。

       然而，为了拍摄出这些高分辨率图像，相机必须配备一个可以优化图像质量的镜头。

       视觉系统的有效分辨率受相机镜头的限制。这是因为镜片玻璃的缺陷会降低图像质量。光线通过镜头时都会受到影响，包括光学像差或只是有划痕或发生内部损坏。

       镜头的价格差异很大，这对可以达到的清晰度水平会产生巨大的影响。

       通过针对光学元件的一个潜在问题进行调整，或提高制造过程中的清洁度、安排新的缺陷检查等，每一项额外措施都会增加镜头的制造成本。

       在工业成像中，相机镜头通常根据每毫米线对的清晰度进行分级。

       通过识别图表上视觉效果截然不同的最窄线对，可以测量分辨率水平以表示可以通过镜头进行成像的细节量。

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