光學(xué)鏡頭是機(jī)器視覺系統(tǒng)中必不可少的部件，直接影響成像質(zhì)量的優(yōu)劣，影響算法的實(shí)現(xiàn)和效果。另外選擇合適的工業(yè)鏡頭，降低機(jī)器視覺系統(tǒng)成本，是產(chǎn)業(yè)興旺發(fā)達(dá)的唯一出路，而對于機(jī)器視覺是否能發(fā)揮應(yīng)有的作用也是非常重要的。

　　在機(jī)器視覺系統(tǒng)中工業(yè)相機(jī)、分析軟件和機(jī)器視覺光源固然很重要，但是最關(guān)鍵的元件還是成像鏡頭。系統(tǒng)若想完全發(fā)揮其功能，工業(yè)鏡頭必須要能夠滿足要求才行。當(dāng)為控制系統(tǒng)選擇鏡頭的時(shí)候，機(jī)器視覺集成商應(yīng)該考慮四個(gè)主要因素：可以檢測物體類別和特性、景深或者焦距、加載和檢測距離、運(yùn)行環(huán)境。分析這四個(gè)因素，可以針對具體應(yīng)用確定合適的鏡頭選擇。早期我們也介紹過環(huán)境因素對鏡頭選擇的影響，那么今天中國機(jī)器視覺商城就圍繞其他三個(gè)因素來具體說明。

　　物體特性

　　在為機(jī)器視覺系統(tǒng)選擇工業(yè)鏡頭之前，系統(tǒng)集成商必須確定物體和分析環(huán)境。這個(gè)可視區(qū)域叫做無遮擋視場(FOV)，它可以使用豎直和水平兩個(gè)角度進(jìn)行測量。通常，豎直方向和水平方向尺寸的比例是4：3，這個(gè)比例取決于照相機(jī)傳感器工作區(qū)域的尺寸。傳感器的大小對于確定無遮擋視場所需要的主要放大率(PMAG)是非常重要的。PMAG是由傳感器尺寸與FOV相比得到，是鏡頭的工作成效。當(dāng)確定鏡頭是否合適的時(shí)候，這一點(diǎn)需要考慮。

　　鏡頭放大率對于不同尺寸芯片照相機(jī)匹配鏡頭相當(dāng)重要，然而，不要把鏡頭放大率和顯微鏡放大率搞混了，后者是由光管長度和實(shí)際物鏡焦距決定的。而工業(yè)鏡頭放大率主要考慮的是照相機(jī)傳感器的尺寸。

　　系統(tǒng)放大率(SMAG)是監(jiān)視器尺寸與傳感器尺寸的比例與PMAG的乘積結(jié)果。它是從物體到監(jiān)視器圖像的總體放大率，也就是整個(gè)系統(tǒng)的“工作”結(jié)果。考慮物體的屏幕尺寸時(shí)，系統(tǒng)放大率是有用的。

　　物體的特性也很重要。工業(yè)鏡頭對于物體特征的解析能力依賴于特征的對比是否強(qiáng)烈。確定系統(tǒng)解析度、或者物體最小更解析特征的方法，可以使用諸如倫奇刻線法這樣的解像力方法。這些刻線法以線耦(等寬度的一條黑線和一條白線)來決定特征。其他的解像力方法還可以用圓圈和點(diǎn)狀網(wǎng)格。

　　鏡頭在指定光線條件下辨識特定寬度的線耦或者點(diǎn)距的能力，決定了它的解析度。解析度通常被模塊轉(zhuǎn)換功能(MTF)以圖像的方式顯示出來。

　　距離約束

　　自動化機(jī)器視覺系統(tǒng)和裝配線所需的空間差異很大，可以只有幾米，也可能需要一整座廠房。所謂的工作距離，是指當(dāng)圖像在焦距范圍內(nèi)的時(shí)候，物體和工業(yè)相機(jī)鏡頭前端的距離。它限制了視覺系統(tǒng)以及和視覺系統(tǒng)一起工作的設(shè)備所需要的空間。有一些應(yīng)用，比如通過真空爐端口觀察，工作距離非常靈活，近焦鏡頭和長工作距離視頻顯微鏡頭都可以使用。其他的應(yīng)用，比如強(qiáng)電微觀檢測，工作距離就只有幾個(gè)英寸。

　　在極限范圍內(nèi)，通過鏡頭重新對焦，可以改變工作距離。無限共軛鏡頭的對焦距離可以從最小工作距離一直到無限遠(yuǎn)，有限共軛鏡頭則有一個(gè)特定工作距離范圍。

　　存放和加載限制，包括用于艱苦環(huán)境的保護(hù)外殼，必須具有足夠的柔性，可以根據(jù)工作距離進(jìn)行調(diào)整。比如在很多安裝場合，感興趣的產(chǎn)品區(qū)域和產(chǎn)品線可能在檢測過程中發(fā)生變化，這就要求視覺系統(tǒng)和視覺元件可以根據(jù)若干種傳感條件進(jìn)行調(diào)整。很多相機(jī)鏡頭需要平穩(wěn)加載，但是當(dāng)物體空間(物體和鏡頭之間的距離)受到限制，改變像空間(image space，鏡頭與圖像之間的距離)，就可以改變工作距離。

　　景深

　　光學(xué)系統(tǒng)的性能取決于允許的圖像模糊程度，模糊可能源于物體平面或者圖像平面的位置漂移。景深是指由探測器移動引起的可以接受的模糊范圍，它依賴于工作F數(shù)(F/#)，可以用來衡量鏡頭的聚光能力。F/#在鏡頭孔徑減小時(shí)增加。減小鏡頭孔徑，就意味著增加F/#，也就是增加系統(tǒng)景深，但是卻減少了傳感器的進(jìn)光量，所以要提高照明等級進(jìn)行補(bǔ)償。