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。視覺系統選擇適當的相機鏡頭對于實現特定的成像效果至關重要。

       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，例如與不同尺寸傳感器的兼容性、足夠大的光圈以及光學像差的影響。

圖1｜各種尺寸和焦距的鏡頭

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（也稱為可變焦距/套裝鏡頭）。

       這兩種類型鏡頭的主要區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（通常稱為視野或FoV）以及圖像內目標的放大倍率。

       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計，這種視角被裁剪成一個框框，但它仍然是捕獲“正?！眻D像的標準。

       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

       相機用戶手動調節相機鏡頭的焦距被稱為“拉焦”。

       當某人需要調整相機位置并重新聚焦鏡頭時，通常采用拉焦這種方式。

       在商業成像應用中，最終用戶傾向于將工業相機連接至位置固定的安裝設備。

       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。

        但是，某些需要移動組件的應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

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

       因此拍攝出特寫圖像，但視野內的周圍環境細節會減少。

       相機鏡頭內的光學元件數量因鏡頭類型而異。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節相機的焦點。

       變焦環增加了相機的光學元件，因為它引入了更多需要調節到達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。針對特定應用選擇相機時，需要根據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、或專有的接口來將鏡頭固定到相機上。

       各種鏡頭接口可以兼容一系列不同尺寸的相機傳感器。

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

       轉接環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。

       整合鏡頭與轉接環時，制造商之前可能已經植入的某些專有技術可能不再兼容。

       這可能會導致相機失去部分有用的功能，例如自動對焦或通過相機調節光圈的能力。

       但是，如果工業相機制造商進行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，給定成像應用中使用的鏡頭接口類型將根據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的工業相機可以拍攝出非常清晰的圖像。

       視覺系統的最大分辨率取決于相機傳感器。

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

       視覺系統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量。光線通過鏡頭時都會受到影響，包括光學像差或只是有劃痕或發生內部損壞。

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

       通過針對光學元件的一個潛在問題進行調整，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節量。

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