工業相機使用的典型鏡頭實際上是由外殼內部的多種光學鏡片組成的鏡頭系統。根據不同的技術，這種類型的相機鏡頭稱為“復合鏡頭”。然而，當相機鏡頭配備可安裝各種相機的安裝環時，通常俗稱為鏡頭系統。視覺系(xi)統(tong)選擇適(shi)當的(de)(de)相機(ji)鏡頭(tou)對于實現特定(ding)的(de)(de)成(cheng)像效果至關重要。

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

圖1｜各種尺(chi)寸和焦距的鏡頭(tou)

物理結構
01 焦距

       為應用選擇合適的鏡頭需要仔細考慮鏡頭焦距問題。

       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(ye)稱(cheng)為可變焦距/套裝鏡頭）。

       這兩種類型鏡頭的主要區別在于定(ding)焦(jiao)(jiao)鏡頭具(ju)(ju)有(you)固定(ding)焦(jiao)(jiao)距，而變(bian)焦(jiao)(jiao)鏡頭具(ju)(ju)有(you)一系列(lie)不同的焦(jiao)(jiao)距。

       焦距通常以毫米(通常縮寫為mm)為單位，能夠傳達大量有關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(shi)野(ye)或(huo)FoV）以及圖像內目標的放大倍率。

       對(dui)視角影響不大的正(zheng)常焦距約為(wei)50mm。

       這種視角類似(si)于人(ren)眼(yan)可(ke)以看到的(de)正常視角。

       典型變焦(jiao)鏡頭的焦(jiao)距范圍(wei)為(wei)35-70mm，并提(ti)供一系列(lie)視角，但不(bu)會過度(du)拉(la)伸(shen)或放大拍攝(she)對象。

        盡(jin)管由(you)于(yu)膠片和傳感器的(de)(de)物(wu)理設計，這種視角被(bei)裁剪成一個框(kuang)框(kuang)，但(dan)它仍然是捕獲(huo)“正常”圖像的(de)(de)標準。

       本文將探討(tao)各種類型的(de)(de)鏡(jing)頭，以幫助相(xiang)機用戶更好地了(le)解每種鏡(jing)頭類型可以實現的(de)(de)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

       相機用戶手動調節相機鏡頭的焦距被稱為“拉焦”。

       當某人需要(yao)調整相(xiang)機位置并重新聚(ju)焦鏡頭時，通常采用拉焦這種方式。

       在商(shang)業(ye)(ye)成像應用(yong)(yong)中，最終(zhong)用(yong)(yong)戶傾向于將(jiang)工業(ye)(ye)相機連接至位(wei)置(zhi)固定(ding)的(de)安裝設備。

       當相機始終指向同一個目標時，定焦鏡頭可以在設置過程中調節焦距，或者使用自動對焦來調節焦距，但沒有可以改變焦距的變焦環。

        但(dan)是，某些需要移動組件的應用可能需要相機在不同焦(jiao)距(ju)處(chu)重新聚焦(jiao)。

       在相機移動拍攝(she)的應用(yong)(yong)中，例如機器人或航空成像，是(shi)否能夠用(yong)(yong)不同焦(jiao)距的鏡(jing)頭進行(xing)聚(ju)焦(jiao)可能會很重要。

03 變焦環

       變焦環可以改變相機的焦距。增加相機的焦距后(hou)，變焦環實際(ji)上會縮小FoV。

       因此拍(pai)攝(she)出特寫(xie)圖像，但視野內的周(zhou)圍(wei)環境細節(jie)會減少。

       相機鏡頭(tou)內(nei)的光學元件(jian)數量因(yin)鏡頭(tou)類型而(er)異(yi)。一(yi)般來說，其中一(yi)個(ge)主(zhu)要(yao)因(yin)素(su)為鏡頭(tou)是(shi)變焦鏡頭(tou)還是(shi)定焦鏡頭(tou)。

       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節相機的焦點。

       變焦環增(zeng)加了相(xiang)機的光(guang)(guang)學元件，因為(wei)它引入了更多需要調節到達(da)傳(chuan)感(gan)器的光(guang)(guang)線的部件。

       但是，定焦鏡頭操作通(tong)(tong)常(chang)更簡單，零件也更少。因(yin)此(ci)價(jia)格通(tong)(tong)常(chang)也比較實惠。

04 鏡頭接口

        在選擇鏡(jing)頭(tou)之前，通常首先考慮相機或傳感器。針(zhen)對特(te)定應用選擇相機時，需要根據鏡(jing)頭(tou)接口的類型來(lai)確定可用的鏡(jing)頭(tou)類型。

       制造商(shang)可能會使用獨特的(de)、或專(zhuan)有(you)的(de)接口(kou)來將鏡頭固定(ding)到相機上(shang)。

       各種鏡頭接口可以兼容一系列不同尺寸的相機傳感器。

       由于大多數鏡頭(tou)接(jie)口設計只兼容特定尺寸的(de)傳感(gan)器，在調整至新(xin)鏡頭(tou)時，可能需要使用兼容的(de)相機，或者采用更(geng)實惠的(de)解決方(fang)案—轉(zhuan)接(jie)環。

       轉接環允許相(xiang)機使用通常與(yu)其不兼容的(de)鏡(jing)頭(tou)接口。因此誕生(sheng)了許多可與(yu)相(xiang)機組合的(de)潛在鏡(jing)頭(tou)類型和制造商。

       整合(he)鏡頭與轉接環(huan)時，制造商之前可能(neng)(neng)已(yi)經植(zhi)入的(de)某些專有技術可能(neng)(neng)不再兼(jian)容。

       這可(ke)能會導致相機失去部分有用(yong)的(de)功能，例如自動對(dui)焦或通過相機調節光圈的(de)能力。

       但是，如果工業相(xiang)機制(zhi)造商(shang)進行(xing)OEM級(ji)別的(de)整合，則仍有可(ke)能(neng)整合一些通(tong)常只歸屬(shu)于(yu)鏡頭(tou)制(zhi)造商(shang)的(de)功(gong)(gong)能(neng)。例如，可(ke)以利用佳能(neng)EF鏡頭(tou)內置的(de)自動對焦(jiao)功(gong)(gong)能(neng)。

       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(er)最大限(xian)度地提升光(guang)學性能。

       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應用。

       歸根結底，給(gei)定成像應用中使用的鏡頭接口類型(xing)將根據相機(ji)類型(xing)和(he)任何尺寸限制而有所不同。

圖2｜微型(xing)三分(fen)之四（M4/3）傳(chuan)感(gan)器的(de)鏡頭接(jie)口

05 鏡頭清晰度

       搭載大型(xing)傳(chuan)感器和高像素數的工業相機(ji)可以拍攝(she)出非常清晰的圖像。

       視覺系統的最大分辨率取決于相機傳感器。

       然而(er)，為了(le)拍(pai)攝出這些高分(fen)辨率圖(tu)像，相機必須配備一個可以優(you)化圖(tu)像質量的鏡頭(tou)。

       視覺系統的有效分辨率受相機鏡頭的限制。這是因為鏡(jing)(jing)片玻(bo)璃的缺陷會降(jiang)低(di)圖像質(zhi)量。光線通過(guo)鏡(jing)(jing)頭時都(dou)會受(shou)到影響，包括光學(xue)像差或(huo)只(zhi)是有劃痕或(huo)發生內(nei)部(bu)損(sun)壞(huai)。

       鏡頭(tou)的價格差異很大(da)，這對可以(yi)達(da)到的清晰(xi)度水(shui)平會產生(sheng)巨大(da)的影(ying)響(xiang)。

       通過針對光學(xue)元(yuan)件的(de)一個潛在問(wen)題進(jin)行調整，或提高制造(zao)過程中的(de)清(qing)潔度、安(an)排新的(de)缺陷檢查等，每一項額(e)外(wai)措(cuo)施都會增加鏡頭的(de)制造(zao)成本。

       在工業成像中，相機鏡頭通常根據每毫米線對的清晰度進行分級。

       通過識別(bie)圖表(biao)上視(shi)覺(jue)效果截然不(bu)同的(de)最窄線(xian)對，可(ke)以測量(liang)分辨率(lv)水(shui)平以表(biao)示(shi)可(ke)以通過鏡頭進行成像(xiang)的(de)細節量(liang)。

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