工業(yè)相機使用的典型鏡頭實際上是由外殼內(nèi)部的多種光學(xué)鏡片組成的鏡頭系統(tǒng)。根據(jù)不同的技術(shù)，這種類型的相機鏡頭稱為“復(fù)合鏡頭”。然而，當(dāng)相機鏡頭配備可安裝各種相機的安裝環(huán)時，通常俗稱為鏡頭系統(tǒng)。視覺系統(tǒng)選擇適當(dāng)?shù)南鄼C鏡頭對于實現(xiàn)特定的成像效果至關(guān)重要。

       本文將探討鏡頭的物理屬性、鏡頭類型及其獨特的光學(xué)特性和其他考慮因素，例如與不同尺寸傳感器的兼容性、足夠大的光圈以及光學(xué)像差的影響。

圖1｜各種尺寸和焦距的鏡頭

物理結(jié)構(gòu)
01 焦距

       為應(yīng)用選擇合適的鏡頭需要仔細(xì)考慮鏡頭焦距問題。

       有兩種主要類型的相機鏡頭，分別為定焦鏡頭和變焦鏡頭（也稱為可變焦距/套裝鏡頭）。

       這兩種類型鏡頭的主要區(qū)別在于定焦鏡頭具有固定焦距，而變焦鏡頭具有一系列不同的焦距。

       焦距通常以毫米(通常縮寫為mm)為單位，能夠傳達(dá)大量有關(guān)待捕獲圖像類型的信息，例如鏡頭可以拍攝圖像的視角（通常稱為視野或FoV）以及圖像內(nèi)目標(biāo)的放大倍率。

       對視角影響不大的正常焦距約為50mm。

       這種視角類似于人眼可以看到的正常視角。

       典型變焦鏡頭的焦距范圍為35-70mm，并提供一系列視角，但不會過度拉伸或放大拍攝對象。

        盡管由于膠片和傳感器的物理設(shè)計，這種視角被裁剪成一個框框，但它仍然是捕獲“正常”圖像的標(biāo)準(zhǔn)。

       本文將探討各種類型的鏡頭，以幫助相機用戶更好地了解每種鏡頭類型可以實現(xiàn)的功能，。

       如使用長焦鏡頭獲得更近距離（或放大）的圖像，用廣角鏡頭增加FoV。

 02 聚焦環(huán)

       相機用戶手動調(diào)節(jié)相機鏡頭的焦距被稱為“拉焦”。

       當(dāng)某人需要調(diào)整相機位置并重新聚焦鏡頭時，通常采用拉焦這種方式。

       在商業(yè)成像應(yīng)用中，最終用戶傾向于將工業(yè)相機連接至位置固定的安裝設(shè)備。

       當(dāng)相機始終指向同一個目標(biāo)時，定焦鏡頭可以在設(shè)置過程中調(diào)節(jié)焦距，或者使用自動對焦來調(diào)節(jié)焦距，但沒有可以改變焦距的變焦環(huán)。

        但是，某些需要移動組件的應(yīng)用可能需要相機在不同焦距處重新聚焦。

       在相機移動拍攝的應(yīng)用中，例如機器人或航空成像，是否能夠用不同焦距的鏡頭進行聚焦可能會很重要。

03 變焦環(huán)

       變焦環(huán)可以改變相機的焦距。增加相機的焦距后，變焦環(huán)實際上會縮小FoV。

       因此拍攝出特寫圖像，但視野內(nèi)的周圍環(huán)境細(xì)節(jié)會減少。

       相機鏡頭內(nèi)的光學(xué)元件數(shù)量因鏡頭類型而異。一般來說，其中一個主要因素為鏡頭是變焦鏡頭還是定焦鏡頭。

       套裝鏡頭在鏡頭組合件中將有更多的鏡片，因為這種鏡頭需要能夠調(diào)節(jié)相機的焦點。

       變焦環(huán)增加了相機的光學(xué)元件，因為它引入了更多需要調(diào)節(jié)到達(dá)傳感器的光線的部件。

       但是，定焦鏡頭操作通常更簡單，零件也更少。因此價格通常也比較實惠。

04 鏡頭接口

        在選擇鏡頭之前，通常首先考慮相機或傳感器。針對特定應(yīng)用選擇相機時，需要根據(jù)鏡頭接口的類型來確定可用的鏡頭類型。

       制造商可能會使用獨特的、或?qū)Ｓ械慕涌趤韺㈢R頭固定到相機上。

       各種鏡頭接口可以兼容一系列不同尺寸的相機傳感器。

       由于大多數(shù)鏡頭接口設(shè)計只兼容特定尺寸的傳感器，在調(diào)整至新鏡頭時，可能需要使用兼容的相機，或者采用更實惠的解決方案—轉(zhuǎn)接環(huán)。

       轉(zhuǎn)接環(huán)允許相機使用通常與其不兼容的鏡頭接口。因此誕生了許多可與相機組合的潛在鏡頭類型和制造商。

       整合鏡頭與轉(zhuǎn)接環(huán)時，制造商之前可能已經(jīng)植入的某些專有技術(shù)可能不再兼容。

       這可能會導(dǎo)致相機失去部分有用的功能，例如自動對焦或通過相機調(diào)節(jié)光圈的能力。

       但是，如果工業(yè)相機制造商進行OEM級別的整合，則仍有可能整合一些通常只歸屬于鏡頭制造商的功能。例如，可以利用佳能EF鏡頭內(nèi)置的自動對焦功能。

       但是，最理想的情況是使用與相機傳感器尺寸相匹配的鏡頭，從而最大限度地提升光學(xué)性能。

       常見的鏡頭接口類型包括A、E、EF、C、CS和S接口（也稱為M12接口）。C接口和CS接口鏡頭最常用于機器視覺和工業(yè)應(yīng)用。

       歸根結(jié)底，給定成像應(yīng)用中使用的鏡頭接口類型將根據(jù)相機類型和任何尺寸限制而有所不同。

圖2｜微型三分之四（M4/3）傳感器的鏡頭接口

05 鏡頭清晰度

       搭載大型傳感器和高像素數(shù)的工業(yè)相機可以拍攝出非常清晰的圖像。

       視覺系統(tǒng)的最大分辨率取決于相機傳感器。

       然而，為了拍攝出這些高分辨率圖像，相機必須配備一個可以優(yōu)化圖像質(zhì)量的鏡頭。

       視覺系統(tǒng)的有效分辨率受相機鏡頭的限制。這是因為鏡片玻璃的缺陷會降低圖像質(zhì)量。光線通過鏡頭時都會受到影響，包括光學(xué)像差或只是有劃痕或發(fā)生內(nèi)部損壞。

       鏡頭的價格差異很大，這對可以達(dá)到的清晰度水平會產(chǎn)生巨大的影響。

       通過針對光學(xué)元件的一個潛在問題進行調(diào)整，或提高制造過程中的清潔度、安排新的缺陷檢查等，每一項額外措施都會增加鏡頭的制造成本。

       在工業(yè)成像中，相機鏡頭通常根據(jù)每毫米線對的清晰度進行分級。

       通過識別圖表上視覺效果截然不同的最窄線對，可以測量分辨率水平以表示可以通過鏡頭進行成像的細(xì)節(jié)量。

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