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

　　在機器視覺系統(tǒng)中工業(yè)相機、分析軟件和機器視覺光源固然很重要，但是最關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。當為控制系統(tǒng)選擇鏡頭的時候，機器視覺集成商應該考慮四個主要因素：可以檢測物體類別和特性、景深或者焦距、加載和檢測距離、運行環(huán)境。分析這四個因素，可以針對具體應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，那么今天就圍繞其他三個因素來具體說明。

　　物體特性

　　在為機器視覺系統(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角度進行測量。通常，豎直方向和水平方向尺寸的比例是4：3，這個比例取決于照相機傳感器工作區(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。當確定鏡頭是否合適的時候，這一點需要考慮。

　　鏡頭放大率對于不同尺寸芯片照相機匹配鏡頭相當重要，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的乘積結果。它是從物體到監(jiān)視器圖像的總體放大率，也就是整個系統(tǒng)的“工作”結果。考慮物體的屏幕尺寸時，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距的能力，決定了它的解析度。解析度通常被模塊轉換功能（MTF）以圖像的方式顯示出來。

　　距離約束

　　自動化機器視覺系統(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，是指當圖像在焦距范圍內的時候，物體和工業(yè)相機鏡頭前端的距離。它限制了視覺系統(tǒng)以及和視覺系統(tǒng)一起工作的設備所需要的空間。有一些應用，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。其他的應用，比如強電微觀檢測，工作距離就只有幾個英寸。

　　在極限范圍內，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，有限共軛鏡頭則有一個特定工作距離范圍。

　　存放和加載限制，包括用于艱苦環(huán)境的保護外殼，必須具有足夠的柔性，可以根據(jù)工作距離進行調整。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)若干種傳感條件進行調整。很多相機鏡頭需要平穩(wěn)加載，但是當物體空間（物體和鏡頭之間的距離）受到限制，改變像空間（imagespace，鏡頭與圖像之間的距離），就可以改變工作距離。

　　景深

　　光學系統(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光量，所以要提高照明等級進行補償。

　　景深效果（DOF）是指由于物體移動導致的模糊。DOF是完全在焦距范圍內最大的物體深度，它也是保持理想對焦狀態(tài)下物體允許的移動量（從最佳焦距前后移動）。當物體的放置位置比工作距離近或者遠的時候，它就位于焦外了，這樣解析度和對比度都會受到不好的影響。出于這個原因，DOF同指定的解析度和對比度相配合。當景深一定的情況下，DOF可以通過縮小鏡頭孔徑（也就是增加F/#值）來變大，同時也需要光線增強。

　　鏡頭的DOF范圍取決于有效焦距、可接受的模糊直徑。有一些鏡頭被設計成超焦或者可超焦的，這就意味著焦內的遠點可以拓展到無限遠。這種技術通常應用在定焦鏡頭上，景深效果很深，但是卻可以通過虹膜的幫助進行調整。

　　需要注意的是不要把遠心鏡頭和大景深鏡頭弄混了。遠心鏡頭可以使機器視覺系統(tǒng)控制放大率、消除潛在誤差，所以同尺寸的物體在照片上高度都是一致的，無論它距離工業(yè)相機有多遠。這種鏡頭一個實際應用的例子是分析計算機電路板。遠心鏡頭通常有一個工作距離范圍，在每一個工作距離點形成有限的景深。集成商在為一個項目選擇遠心鏡頭的時候，既需要考慮工作距離范圍，還需要考慮景深效果。

　　工業(yè)鏡頭對于機器視覺系統(tǒng)有著深遠的影響，而根據(jù)實際應用來選擇符合系統(tǒng)要求的鏡頭，才能確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，最終發(fā)揮其優(yōu)勢之所在。