機(jī)器視覺的集成和設(shè)計(jì)面臨各種來自硬件、軟件和電子方面問題的挑戰(zhàn)，如果忽視光學(xué)性能規(guī)格，不了解如何評(píng)估光學(xué)器件，用戶挑選合適的機(jī)器視覺鏡頭將會(huì)面臨挑戰(zhàn)。通過了解10項(xiàng)鏡頭規(guī)格，可以幫助集成商和用戶挑選鏡頭，來優(yōu)化或評(píng)估各自系統(tǒng)的性能。

視覺系統(tǒng)光學(xué)性能的4項(xiàng)最基本參數(shù)是視野（field of view）、分辨率（resolution）、工作距離（working distance）和景深（depth of field）（見圖）。需要考慮的更高級(jí)的集成規(guī)格參數(shù)包括焦距（f）、maximum chip format、失真（distortion）、變焦/聚焦特點(diǎn)（zoom/focus）、design conjugate、聚焦遠(yuǎn)心（telecentricity）。

機(jī)器視覺系統(tǒng)的基本光學(xué)參數(shù)包括視野、工作距離、分辨率和景深。放大倍數(shù)不是基本參數(shù)。

四大參數(shù)

● 視野

簡(jiǎn)單而言，視野應(yīng)該是你需要檢查的物體的尺寸。很多從事機(jī)器視覺系統(tǒng)規(guī)格的工程師是從放大倍數(shù)的角度來思考的。然而，放大倍數(shù)是一種相對(duì)規(guī)格，依賴于圖像傳感器的尺寸和顯示器件的尺寸。從視野或分辨率的角度來說，它沒有真正意義。例如，一種具備 50 倍放大倍數(shù)的系統(tǒng)可能具有 5.3 毫米的視野（假如該系統(tǒng)使用的是 1/2 英寸 CCD 和 13 英寸顯示器）或 15.2 毫米的視野（1 英寸 CCD、19 英寸顯示器）。你必須規(guī)定視野，以確保視覺系統(tǒng)能夠檢驗(yàn)?zāi)愀信d趣的整個(gè)區(qū)域。

● 分辨率

只有規(guī)定視野而不是規(guī)定放大倍數(shù)，才能確保系統(tǒng)將具有合適的分辨率。分辨率是系統(tǒng)可以測(cè)到的受檢驗(yàn)物體上的最小可分辨特征尺寸。在多數(shù)情況下，視野越小，分辨率越好。系統(tǒng)的分辨率是由光學(xué)器件的調(diào)制傳遞函數(shù)（modulation transfer function, MTF）、攝像機(jī)、電纜和顯示硬件等多個(gè)參數(shù)決定的。MTF 限定了部件在分辨率和對(duì)比度方面的總體成像性能。

光學(xué)器件的 MTF 常常被忽略，而僅僅根據(jù)基本放大倍數(shù)和攝像機(jī)像素?cái)?shù)量來計(jì)算系統(tǒng)的分辨率是。這種近似計(jì)算假定光學(xué)器件是完美的，往往導(dǎo)致鏡頭規(guī)格偏低，并使系統(tǒng)性能降低。如果了解鏡頭把來自物體的數(shù)據(jù)傳遞到攝像機(jī)芯片的精確度，集成商就可以使系統(tǒng)的視野達(dá)到最大，同時(shí)為手頭的工作維持適當(dāng)?shù)姆直媛省?

● 工作距離

有時(shí)，各種機(jī)械限制支配光學(xué)限制。工作距離是從鏡頭前部到受檢驗(yàn)物體的距離。需要的工作距離越長(zhǎng)，保持小視野的難度和成本就越高。通常，人們會(huì)出于需要而規(guī)定小視野，同時(shí)出于方便而規(guī)定相當(dāng)長(zhǎng)的工作距離。然而，這種配置會(huì)極大地增加成本，往往會(huì)降低分辨率，并削弱光學(xué)器件的采光能力，從而不必要地降低了系統(tǒng)的總體成像性能。當(dāng)存在機(jī)械限制時(shí)（比如在真空箱內(nèi)部獲取某反應(yīng)的圖像），這種配置也許是必要的。不過，假如長(zhǎng)工作距離不是必需的，那就不要把事情搞得過于復(fù)雜。

● 景深

假如成像的物體是三維的，那么你還必須考慮景深。鏡頭的景深是物體離最佳焦點(diǎn)較近或較遠(yuǎn)時(shí)，鏡頭保持所需分辨率的能力。大的景深能夠簡(jiǎn)化各種安裝限制，這是因?yàn)椴恍枰M(jìn)行精確的移動(dòng)來使物體定位于鏡頭的額定工作距離。不過要記住，雖然鏡頭會(huì)在規(guī)定的景深上保持最小分辨率，但它們不一定會(huì)在該景深上保持相同視野。放大倍數(shù)的這種變化可能對(duì)機(jī)器視覺測(cè)量應(yīng)用造成災(zāi)難性后果。遠(yuǎn)心鏡頭可以把該問題減小到最低程度。

四大參數(shù)已經(jīng)定義機(jī)器視覺系統(tǒng)的性能，選擇和優(yōu)化另外六個(gè)參數(shù)，可以減少設(shè)備的設(shè)置費(fèi)用、系統(tǒng)的故障時(shí)間，并優(yōu)化設(shè)備的可靠性和可重復(fù)性。