镜头资料

工业镜头

一 .工业镜头的作用

二.工业镜头的基础知识

三.镜头的分类

四.镜头的选型的要素

五.使用镜头需要的关键技术

工业镜头作用

镜头的基本功能就是实现光束变换（调制），在机器视觉系统中，镜头的主要作用是将成像目标在图像传感器的光敏面上。镜头的质量直影响到机器视觉系统的整体性能，合理地选择和安装镜头，是机器视觉系统设计的重要环节。

将折射率不同的各种硝材通过研磨，加工成高精度的曲面、把这些镜头进行组合，就是设计镜头。从伽利略时代开始使用的普遍技术是其基本原理。为得到更清晰的图像，一直在研究开发试制新的硝材和非球面镜片。

工业镜头的基础知识

现教大家如何选择合适镜头，镜头选配时需要选择与相机接口和CCD的尺寸相匹配的镜头。镜头C和CS的接口方式占主流。小型的安防用的CS接口摄像机得到普及、FA行业则大部分是C接口的相机与镜头的组合。对应的CCD尺寸、市场上一般根据用途使用2/3寸到1/3寸的产品。

镜头常用靶面

水平：H 垂直：V 对角：D

1型12.8 9.6 16.0

2/3型8.8 6.6 11.0

1/2型 6.4 4.8 8.0

1/3型 4.8 3.6 6.0

1/4型 3.6 2.7 4.5

1/2.7型 5.4 4 6.7

1/2.5 5.8 4.3 7.2

1/2.3 6.2 4.6 7.7

1/1.8 7.2 5.3 8.9

35mm胶片36.0 24.0 43.3

选择镜头的大前提是镜头的靶面大于或等于相机CCD芯片的靶面

KERARE

摄像机如果使用配备小CCD尺寸的镜头，那么周边没有摄取到图像的部分呈现出黑色，我们称其为KERARE。

镜头和摄像机之间的接口有许多不同的类型，工业摄像机常用的包括C接口、CS接口、F接口、V接口、T2接口、徕卡接口、M42接口、M50接口等。接口类型的不同和镜头性能及质量并无直接关系，只是接口方式的不同，一般可以也找到各种常用接口之间的转接口。

C接口镜头可以与C接口摄像机、CS接口摄像机互用；

CS接口镜头不可以应用在C接口摄像机，只可以应用在CS接口摄像机。

F接口镜头是尼康镜头的接口标准，所以又称尼康口，也是工业摄像机中常用的类型，一般摄像机靶面大于1英寸时需用F口的镜头。

V接口镜头是著名的专业镜头品牌施奈德镜头所主要使用的标准，一般也用于摄像机靶面较大或特殊用途的镜头。

常见镜头接口

接口类型法兰后截距(mm) 卡口环直径（mm）使用卡口的品牌

C口17.526 25.4

CS口12.5 25.4

Olympus、Panasonic、4/3口38.58 46.5

Leica

F口46.5 47 Nikon

EF口44.0 54 Canon EOS

PK口45.5 48.5 Pentax、Ricoh

C/Y口45.5 48 Contax、Yashica

V口74.9 Schneider

在上表中，法兰后截距（Flange Back Focal Length）是指相机接口的定位面到底片的距离，它保证了镜头的像面与相机的底片重合。这样，不仅为相同接口的相机和镜头的连接提供了非常方便的方式，而且也为不同接口之间的相互转换提供了依据。

焦距：焦距是主点到成像面的距离。这个数值决定了摄影范围的不同。数值小，成像面距离主点近，是短焦距镜头。这种情况下的的画角是广角、可拍摄广大的场景。相反的、主点到成像面的距离远时、是长焦距镜头，画角变窄（望远）。

景深：物体和镜头之间距离（W.D）虽然变化，介在前后一定范围内所成像仍然感觉清晰，这个距离范围补称为景深。相反的，对应于确定的物平面，成像面和镜头之间的距离不同，但在一定的范围内图像仍感觉清晰，称为焦深。

明锐度：也称对比度，是指图像中最亮和最暗的部分的对比度。

最大相对孔径与光圈系数：相对孔径，是指该工业镜头的入射光孔直径(用D 表示)与焦距(用f表示)之比，即：相对孔径=D/ f 。相对孔径的倒数称为光圈系数(aperture scale)，又称为f/制光圈系数或光孔号码。一般镜头的相对孔径是可以调节的，其最大相对孔径或光圈系数往往标示在工业镜头上，如1:1.2或f/1.2 。如果拍摄现场的光线较暗或曝光时间很短，则需要尽量选择最大相对孔径较大的工业镜头。

分辨率：又称鉴别率、解像力，指镜头清晰分辨被摄景物纤维细节的能力，制约工业镜头分辨率的原因是光的衍射现象，即衍射光斑(爱里斑)分辨率的单位是“线对/毫米“ (lp/mm)

镜头的类型

根据焦距能否调节，可分为定焦距镜头和变焦距镜头两大类。依据焦距的长短，定焦距镜头又可分为鱼眼镜头、短焦镜头、标准镜头、长焦镜头四大类。需要注意的是焦距的长短划分并不是以焦距的绝对值为首要标准，而是以像角的大小为主要区分依据，所以当靶面的大小不等时，其标准镜头的焦距大小也不同。变焦镜头上都有变焦环，调节该环可以使镜头的焦距值在预定范围内灵活改变。变焦距镜头最长焦距值和最短焦距值的比值称为该镜头的变焦倍率。变焦镜头有可分为手动变焦和电动变焦两大类。

定焦镜头

定焦镜头（prime lens）特指只有一个固定焦距的镜头，只有一个焦段，或者说只有一个视野。定焦镜头没有变焦功能。定焦镜头的设计相对变焦镜头而言要简单得多，但一般变焦镜头在变焦过程中对成像会有所影响，而定焦镜头相对于变焦镜头的最大好处就是对焦速度快，成像质量稳定。

标准镜头

标准镜头：以适用于35毫米单镜头反光照相机的交换镜头为例，标准镜头通常是指焦距在40至55毫米之间的摄影镜头，它是所有镜头中最基本的一种摄影镜头。

标准镜头给人以记实性的视觉效果画面，所以在实际的拍摄中，它的使用频率是较高的。但是，从另一方面看，由于标准镜头的画面效果与人眼视觉效果十分相似，故用标准镜头拍摄的画面效果又是十分普通的，甚至可以说是十分“平淡”的，它很难获得广角镜头或远摄镜头那种渲染画面的戏剧性效果。因此，要用标准镜头拍出生动的画面来又是相当不容易的，即使是资深的摄影师也认为用好用活标准镜头并不容易。但是，标准镜头所表现的视觉效果有一种自然的亲近感，用标准镜头拍摄时与被摄物的距离也较适中，所以在诸如普通风景、普通人像、抓拍等摄影场合使用较多，最常见的纪念照，更是多用标准镜头来拍摄。另外，摄影者往往容易忽略的是，标准镜头还是一种成像质量上佳的镜头，它对于被摄体细节的表现非常的有效。

长焦镜头

长焦镜头视角在20度以内，焦距可达几十毫米或上百毫米。长焦距镜头又分为普通远摄镜头和超远摄镜头两类。普通远摄镜头的焦距长度接近标准镜头，而超远摄镜头的焦距却远远大于标准镜头。以135照相机为例，其镜头焦距从85mm-300mm的摄影镜头为普通远摄镜头，300mm以上的为超远摄镜头。

长焦镜头的焦距长，视角小，在底片上成像大。所以在同一距离上能拍出比标准镜头更大的影象。适合于拍摄远处的对象。由于它的景深范围比标准镜头小，因此可以更有效地虚化背景突出对焦主体，而且被摄主体与照相机一般相距比较远，在人像的透视方面出现的变形较小，拍出的人像更生动，因此人们常把长焦镜头称为人像镜头。但长焦镜头的镜筒较长，重量重，价格相对来说也比较贵，而且其景深比较小，在实际使用中较难对准焦点，因此常用于专业摄影。

使用长焦距镜头拍摄，一般应使用高感光度及快速快门，如使用200mm的长焦距镜头拍摄，其快门速度应在1/250秒以上，以防止手持相机拍摄时照相机震

动而造成影像虚糊。在一般情况下拍摄，为了保持照相机的稳定，最好将照相机固定在三脚架上，无三脚架固定时，尽量寻找依靠物帮助稳定相机。

广角镜头

以35毫米单镜头反光照相机为例，广角镜头通常是指镜头焦距约在17至35毫米之间的镜头。

广角镜头的基本特点是，镜头视角大，视野宽阔。从某一视点观察到的景物范围要比人眼在同一视点所看到的大得多；景深长，可以表现出相当大的清晰范围；能强调画面的透视效果，善于夸张前景和表现景物的远近感，这有利于增强画面的感染力。

广角镜头的基本特性：

⒈视角范围大，可以涵盖大范围景物。所谓视角范围大，即在同一视点（与被摄物的距离保持不变）用广角、标准和远摄三种不同焦距的摄影镜头取景，结果是前者要比后者在上下左右拍摄到更多的景物。当摄影者在没有退路的情况下，若用50毫米标准镜头难以完整拍下的景物（如人物集体留影等），就可利用广角镜头视角范围大的特征轻而易举地解决问题。再有，如拍摄广阔的原野或城市高大的建筑等，用标准镜头也许只能拍到景物的一部分，无法表现出景物的宽阔或高大。而用广角镜头拍摄，就能有效地表现出大场面开阔的气势或建筑物高耸入云的雄伟。

⒉焦距短，景深长。在拍摄广阔的大场面时，摄影者一般都依靠广角镜头焦距短，表现的景物景深长的特点，将从近到远的整个景物都纳入清晰表现的范围。此外，用广角镜头拍摄时，如果同时采用较小的光圈，则景物的景深就会变得更长。例如，摄影者用一个28毫米的广角镜头拍摄，焦点对在约3米左右的被摄体上，把光圈调到F8，那么从1米到无限远几乎都进入了景深范围。正是由于这种长景深的特点，广角镜头往往被摄影者当作一种机动性很强的快拍镜头使用，在某些场合，摄影者操纵广角镜头几乎不用对被摄物聚焦，就能极快地完成抓拍。

⒊能强调前景和突出远近对比。这是广角镜头的另一个重要性能。所谓强调前景和突出远近对比，是指广角镜头能比其他镜头更加强调近大远小的对比度。也就是说，用广角镜头拍出来的照片，近的东西更大，远的东西更小，从而让人感到拉开了距离，在纵深方向上产生强烈的透视效果。特别是用焦距很短的超广角镜头拍摄，近大远小的效果尤为显著。

⒋可夸张变形。一般来说，被摄体被夸张而发生变形是广角镜头使用上的大忌。实际上，被摄体被适当夸张、变形并非一定不可取。有经验的摄影师常常利

用广角镜头将被摄体作适度的变形，把一些非常不起眼的，人们熟视无睹的景物拍得不同寻常。当然，用广角镜头进行夸张、变形的表现手法，一要根据题材的需要，二要少而精。不管题材是否需要，滥用广角镜头夸张、变形的表现手法，一味从形式上追求怪诞离奇的效果是不足取的。

鱼眼镜头

以适用于35毫米单镜头反光照相机的交换镜头为例，鱼眼镜头是一种焦距约在6-16毫米之间的短焦距超广角摄影镜头，“鱼眼镜头”是它的俗称。为使镜头达到最大的摄影视角，这种摄影镜头的前镜片直径且呈抛物状向镜头前部凸出，与鱼的眼睛颇为相似，“鱼眼镜头”因此而得名。

鱼眼镜头的体积较大。以适用于35毫米单镜头反光照相机的鱼眼镜头为例，当将这种鱼眼镜头安装在体积较小的35毫米单镜头反光照相机机身上时，有一种“头（镜头）大身（机身）小”的感觉，且由于鱼眼镜头重量不轻（如尼柯尔6毫米/F2.8手动对焦鱼眼镜头重达5200克），单镜头反光照相机装上鱼眼镜头后，照相机和镜头的整体重量增加，重心前移，摄影者持握照相机进行拍摄时要注意持稳照相机。如前所述，鱼眼镜头的前镜片直径大且向镜头前部抛出，故这种镜头无法像普通镜头那样安装滤光镜。鱼眼镜头通常采用内置滤光镜的方式，根据拍摄需要，由摄影者操纵镜头上的滤光镜转换环，使需要的滤光镜转换至镜头的摄影光路中。鱼眼镜头的前镜片是整个镜头中相当重要的镜片，由于它向镜头前部抛出，故摄影者在拍摄操作（尤其是凑近被摄物拍摄）时要特别注意不要碰撞镜片。另外，有些老式的鱼眼镜头与35毫米单镜头反光照相机连接时，镜头后部插入照相机机身较深，照相机的反光镜必须翻起锁定，照相机的五棱镜取景器将不能使用，需在照相机上设置附加的取景才能进行摄影。

变焦镜头

变焦镜头是在一定范围内可以变换焦距、从而得到不同宽窄的视场角，不同大小的影象和不同景物范围的镜头。变焦镜头在不改变拍摄距离的情况下，可以通过变动焦距来改变拍摄范围。与固定焦距镜头不同，变焦距镜头并不是依靠快速更换镜头来实现镜头焦距变换的，而是通过推拉或旋转镜头的变焦环来实现镜头焦距变换的，在镜头变焦范围内，焦距可无级变换，即变焦范围内的任何焦距都能用来摄影，这就为实现构图的多样化创造了条件。

使用变焦镜头进行聚焦时，最好考虑首先将影像调至最大处进行聚焦；也就是说，使用镜头的最长焦距端聚焦。然后,再把焦距变小到拍摄时所期望的焦距上。在此过程中，所有焦距上的影像始终保持清晰。运用这种技术，由于是在尽可能最大的影像下聚焦，所以能够更容易地观察到影像细节是否清晰，因此也是

最为精确的聚焦方法。注意，有些变焦镜头需要转动两个单独的控制环，一个环控制聚焦，另一个环控制焦距。这种结构布局的优点是一旦完成了聚焦，不会因调整焦距而意外地改变了焦点。

其他的变焦镜头只需要移动一个控制环，转动它进行聚焦，前后滑动它即可改变焦距。这种“单环”变焦镜头对于操作来讲往往更快捷和更方便，但通常也更贵一些。需要注意，改变焦距时，不要失去清晰的焦点。

变焦距镜头自身的任何一级焦距与别的相同焦距的固定焦距镜头功能是一样的。但变焦距镜头不限制摄影者使用哪一级焦距，因而在使用操作上要便利灵活得多。它省却了外出拍摄时需携带和更换多只不同焦距镜头的麻烦。甚至在临按照相机快门前，摄影者还能通过变换镜头焦距对被摄体进行取舍，对画面进行剪裁，以期在拍摄前把画面构图安排得更为理想。变焦距镜头变换焦距的快捷程度，是固定焦距镜头通过更换镜头变换焦距无法相比的。变焦镜头的缺点，普遍比定焦镜头贵很多。

远心镜头

远心镜头主要是为纠正传统工业镜头视差而设计，它可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会变化，这对被测物不在同一物面上的情况是非常重要的应用。

根据远心镜头分类设计原理分别为：

1）物方远心光路设计原理及作用：

物方主光线平行于光轴主光线的会聚中心位于像方无限远，称之为：物方远心光路。其作用为：可以消除物方由于调焦不准确带来的读数误差。

物方远心镜头设计原理图

2）像方远心光路设计原理及作用：

像方主光线平行于光轴主光线的会聚中心位于物方无限远，称之为：像方远心光路。其作用为：可以消除像方调焦不准引入的测量误差。而在工业图像处理/机器视觉这个领域里，像方远心镜头一般来说不会起作用的，因此这个行业基本是不用它的。

像方远心镜头设计原理图

3）两侧远心光路设计原理及作用：

综合了物方/像方远心的双重作用。主要用于视觉测量检测领域。

双远心镜头设计原理图

设计平行光成像的远心镜头理论上并不复杂，但若想达到一定解析能力和成像质量就是另外一回事了。远心镜头的设计和制造难度确实要大于一般意义上的镜头，究其原因是由于远心镜头光学镜片的尺寸都比较大，使得边缘光线的各类相差的校正难度增大，要想获得良好的边缘视场的成像质量，需要更高的产品设计和制造精度，有很多时候是需要设计者具有比较丰富的设计经验方能实现的。

曾经有一种观点认为远心镜头主要解决畸变问题，那么普通工业镜头通过与标定板的组合可以有意识的通过软件算法矫正，也就是说远心镜头是可以替代的。远心镜头解决的不单单是畸变的问题，远心镜头的独特光学特性决定了其在某些场和是无法采用普通工业镜头予以替代的，例如其更大的景深范围可以很好地适应现场的工作环境，这不是只通过算法就能解决的问题。远心镜头的主要特点并不是低畸变，而是远心特性：物体在视场内移动时，其在不同位置的放大率不会发生改变，另外，对于物体上不同物距的特征，可以在同一时刻完成检测。低畸变只是远心镜头的附加属性。典型的远心镜头是低畸变的，然而许多其它种类的优质镜头畸变也相当小。不过非远心的光学系统在大多数测量应用中是不宜使用的，因为这种光学系统无法确保视场内一致的放大率，于是总会造成测量精度下降。

低畸变只是远心镜头的附加属性，但很多人选用远心镜头也是冲着远心镜头可以很好的解决畸变问题而去的。远心镜头还是存在一定的残留畸变。在许多情况下这些畸变如此微小，以至于在使用远心镜头时可以在不需标定的情况下完成测量。然而，大多数精确测量的场合需要对微小畸变进行标定，方法是采集精确的灰度图像并进行精确分析以测量畸变。标定结果非常重要。任何一款镜头都会有畸变产生，完美的光学镜头在现实中是不存在的，所以完全消除解决畸变是不现实的。

远心镜头和相机的匹配选择原则和普通工业镜头是一样的，只要其靶面的规格大于或等于相机的靶面即可。使用过程中请留意，在远心镜头的物镜垂直下方区域范围的都是远心成像，而超出此范围的区域，就不是严格意义上的远心成像了，这点在实际的使用中一定要注意，否则会产生不必要的偏差。远心镜头的选择必须与所用相机的图像传感器相配，就像所有用于图像采集的光学系统那样，图像传感器决定所得图像的最大尺寸，比如，为1/3”的图像传感器定制的镜头不宜与2/3”的图像传感器配合使用，否则将导致晕影。远心镜头具有高分辨力的特性，因此选择与其配合使用的图像传感器时，可以选用像素尺寸更小的产品，像素越小，图像分辨力越高。另一方面，远心镜头的分辨力也不是无限高的，因此也不宜与像素尺寸极小的图像传感器配合使用。配合远心镜头使用的图像传感器典型尺寸为1/3”和2/3”，用户选择时还要注意所用传感器的像素尺寸最好大于4微米。此外大尺寸的图像传感器也不宜选用，与大尺寸传感器配合使用的远心镜头需要有更大的光学放大率，从而景深会更小。过小的景深将引起对比度的下降，结果会降低分辨力。

与普通镜头对比

普通工业镜头目标物体越靠近镜头（工作距离越短），所成的像就越大。在使用普通镜头进行尺寸测量时，会存在如下问题：

1）由于被测量物体不在同一个测量平面，而造成放大倍率的不同；

2）镜头畸变大

3）视差也就是当物距变大时，对物体的放大倍数也改变；

4）镜头的解析度不高；

5）由于视觉光源的几何特性，而造成的图像边缘位置的不确定性。

普通镜头优点：成本低，实用，用途广。

普通镜头缺点：放大倍率会有变化，有视差。

普通镜头应用：大物体成像。

远心镜头的优势

1）高影像分辨率

图像分辨率一般以量化图像传感器既有空间频率对比度的CTF （对比传递函数）衡量，单位为lp/mm（每毫米线耦数）。大部分机器视觉集成器往往只是集合了大量廉价的低像素、低分辨率镜头，最后只能生成模糊的影像。而采用AFT 远心镜头，即使是配合小像素图像传感器（如5.5百万像素, 2/3"），也能生成高分辨率图像。

2）近乎零失真度

畸变系数即实物大小与图像传感器成像大小的差异百分比。普通机器镜头通常有高于1~2%的畸变，可能严重影响测量时的精确水平。相比之下， AFT光电公司的远心镜头通过严格的加工制造和质量检验，将此误差严格控制在0.1%以下。

3）无透视误差

在计量学应用中进行精密线性测量时，经常需要从物体标准正面（完全不包括侧面）观测。此外，许多机械零件并无法精确放置，测量时间距也在不断地变化。而软件工程师却需要能精确反映实物的图像。远心镜头可以完美解决以上困惑：因为入射光瞳可位于无穷远处，成像时只会接收平行光轴的主射线。

远心镜头的缺点

成本高，尺寸大，重量重。

特殊用途的镜头

显微镜头（Micro），一般是指成像比例大于10:1的拍摄系统所用，但由于现在的摄像机的像元尺寸已经做到3微米以内，所以一般成像比例大于2:1时也会选用显微镜头。

微距镜头（Macro），一般是指成像比例为2:1～1:4的范围内的特殊设计的镜头。在对图像质量要求不是很高的情况下，一般可采用在镜头和摄像机之间加近摄接圈的方式或在镜头前加近拍镜的方式达到放大成像的效果。

紫外镜头（Ultraviolet）和红外镜头（Infrared），一般镜头是针对可见光范围内的使用设计的，由于同一光学系统对不同波长的光线折射率的不同，导致同一点发出的不同波长的光成像时不能会聚成一点，产生色差。常用镜头的消色差设计也是针对可见光范围的，紫外镜头和红外镜头即是专门针对紫外线和红外线进行设计的镜头。

镜头用到的计算公式

1、WD 物距 工作距离(Work Distance ，WD)。

2、FOV

视场 视野(Field of View ，FOV)

3、DOV 景深(Depth of Field)。

4、Ho:视野的高度

5、Hi:摄像机有效成像面的高度(Hi 来代表传

感器像面的大小)

6、PMAG:镜头的放大倍数

7、f:镜头的焦距

8、LE:镜头像平面的扩充距离

相机和镜头选择技巧

1、相机的主要参数:

感光面积SS(Sensor Size)

2、镜头的主要参数:

焦距

FL(Focal Length) 最小物距

Dmin(minimum Focal Distance) 3、其他参数:

视野FOV(Field of View)

像素pixel

FOVmin=SS(Dmin/FL)

如:SS=6.4mm ，Dmin=8in ，FL=12mm

pixel=640*480

则:FOVmin=6.4(8/12)=4.23mm

4.23/640=0.007mm

如果精度要求为0.01mm ，

1pixels=0.007mm<0.01mm

结论:可以达到设想的精度

光学放大率

放大率

光学放大率

影像大小相对于物体的放大率

β=y’/y

=b/a

=NA/NA’

=CCD相机元素尺寸/视场实际尺寸

电子放大率电子放大率是用相机拍照成像在CCD上的像呈现在显示器的放大倍数显示器放大率

显示器放大率是被拍物体通过镜头成像显示在显示器上的放大倍数

显示器放大率＝(光学放大率)×(电子放大率)

例子:光学放大率＝0. 2X, CCD大小1/2(对角线长8mm),显示器14〃

电子放大率＝14×25.4/8＝44.45(倍)

显示器放大率＝0.2×44.45＝8.89(倍) (1寸＝25.4mm) 视场

视场是镜头与CCD相机连接时物体可被看见的范围大小

视场的大小是:(CCD格式大小)/(光学放大率)

例子:光学放大率＝0.2X，CCD1/2〃(4.8mm长，6.4mm宽)

视场大小:长＝4.8/0.2＝24(mm)

宽＝6.4/0.2＝32(mm)

镜头的选型：

像差是影响图像质量的重要方面，常见的像差有如下六种：

球差：由主轴上某一物点向光学系统发出的单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，若原光束不同孔径角的各光线，不能交于主轴上的同一位置，以至在主轴上的理想像平面处，形成一弥散光斑(俗称模糊圈)，则此光学系统的成像误差称为球差。

慧差：由位于主轴外的某一轴外物点，向光学系统发出的单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，若在理想像平面处不能结成清晰点，而是结成拖着明亮尾巴的慧星形光斑，则此光学系统的成像误差称为慧差。

像散：由位于主轴外的某一轴外物点，向光学系统发出的斜射单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，不能结成一个清晰像点，而只能结成一弥散光斑，则此光学系统的成像误差称为像散。

场曲：垂直于主轴的平面物体经光学系统所结成的清晰影像，若不在一垂直于主轴的像平面内，而在一以主轴为对称的弯曲表面上，即最佳像面为一曲面，则此光学系统的成像误差称为场曲。当调焦至画面中央处的影像清晰时，画面四周的影像模糊;而当调焦至画面四周处的影像清晰时，画面中央处的影像又开始模糊。

色差：由白色物体向光学系统发出一束白光，经光学系统折射后，各色光不能会聚于一点上，而形成一彩色像斑，称为色差。色差产生的原因是同一光学玻璃对不同波长的光线的折射率不同，短波光折射率大，长波光折射率小。

畸变：被摄物平面内的主轴外直线，经光学系统成像后变为曲线，则此光学系统的成像误差称为畸变。畸变像差只影响影像的几何形状，而不影响影像的清晰度。这是畸变与球差、慧差、像散、场曲之间的根本区别。

工业镜头各参数间的相互影响关系

一支好的工业镜头，在分辨率、明锐度、景深等方面都有很好的体现，对各种像差的校正也比较好，但同时其价格也会几倍甚至上百倍的提高。如果我们掌握一些规律和经验，就可以使用同档次的工业镜头达到更好的效果。

1.焦距大小的影响情况

焦距越小，景深越大;

焦距越小，畸变越大;

焦距越小，渐晕现象越严重，使像差边缘的照度降低;

2. 光圈大小的影响情况

光圈越大，图像亮度越高;

光圈越大，景深越小;

光圈越大，分辨率越高;

3. 像场中央与边缘

一般像场中心较边缘分辨率高

一般像场中心较边缘光场照度高

在选择远心镜头时，首先应明白在什么时候需要时选择远心镜头。根据远心镜头原理特征及独特优势，当检查物体遇到以下6中情况时，最好选用远心镜头：

1）当需要检测有厚度的物体时（厚度>1/10 FOV直径）；

2）需要检测不在同一平面的物体时；

3）当不清楚物体到镜头的距离究竟是多少时；

4）当需要检测带孔径、三维的物体时；

5）当需要低畸变、图像效果亮度几乎完全一致时；

6）当缺陷只在同一方向平行照明下才能检测到时。

可安装空间大小：在方案可选择的情况下，让客户更改设备的尺寸是不现实的。使用镜头需要的关键技术

1. 调焦技术

对于镜头来讲，不同物距上的目标成像的像距是不同的。对于需要观察的目标，它的成像面不一定与相机感光面重合，为了得到清晰像，就需要调整成像面的位置使之与感光面重合，这个过程就是调焦。

整组移动

这种调焦方式，就是调节过程中整个镜头一起前后移动，带动像面随之移动，在像面与相机感光面重合时，成像最清晰。这种整体调焦方式，不改变镜头的光学结构，镜头焦距没有变化。

单组移动

还有一种调焦方式，就是调节镜头中的某一组透镜，使它想杜宇其他透镜前后移动，也能带动像面平移，最终使像面与感光面重合，达到成像清晰。这种调焦方式，改变了镜头的光学结构，镜头焦距有所变化（一般不大）。

例如，前面的透镜组对无穷远的目标成像在Image面上（也是CCD感光面位置），后工作距离L’,现在要对近处目标成像，像面位置在Image‘，为了成像清晰需要调焦。

一种办法就是整个透镜组一起相对CCD往前移动，使后工作距离扩大到L“，CCD感光面与像面重合，成像清晰。这种办法就是整组移动式调焦。如下图所示。

还有一种调焦办法：只移动透镜组中的某一（或几个一起）单透镜，也能达到调焦的目的，如下图所示。将第四透镜从位置A向前移动到A‘，对近距离的

目标来说，成像面也回到与CCD重合的位置，使成像清晰。这种调焦方式就称为单组移动式调焦。

2. 变焦技术

所谓变焦，指的是镜头本身可以通过调节，使焦距有较大的变化范围（通常用焦距变化的倍数来衡量，例如4倍变焦指最大焦距是最小焦距的4倍）。这种镜头使用中，可以通过变焦，改变成像放大倍率（在“大场景“和”局部特写“之间随意转换），适应性强，使用范围很广。

变焦的实现方式：变焦过程中，通过光学系统中的两组（或更多）透镜相对移动，改变整个系统（镜头）的组合焦距，且同时保证像面位置不动，使图像放大倍率改变而且成像始终清晰。

它与单组移动式调焦不同的，单组移动式调焦意在改变成像面的位置（虽然也会引起镜头焦距的微小改变）；而变焦意在改变镜头的焦距（一般都是数倍的改变），它要求稳定像面不动。

3. 自动光圈

调节镜头的光圈，实质上是改变了孔径光阑的孔径大小，从而改变了进光量，达到成像面亮度调节的目的。

这个过程，可以手动完成，也可以通过电机驱动来完成，后一种实现方式就是自动光圈调节。

4. 远心（焦阑）镜头

远心光路，一般地，可以分为物方远心光路和像方远心光路两种

孔径光阑位于镜头像方焦面上（“焦阑“因此得名），入瞳位于物方无限远处，这样的光路称为物方远心光路。这种光路的特点：物方入射主光线（红色表示）与光轴平行。

孔径光阑位于物方焦面上，出瞳位于像方无限远处，这样的光路称为像方远心光路。这种光路的特点是：像方出射主光线（红色表示）与光轴平行。

这两种光路本质上是相通的，是同一种光路（焦阑）的正向和反向应用。它们较多的出现在测量仪器中，结合实际的应用会表现出格子的特点，需要加以注意。物方远心光路的成像特点是：像的大小对物距不敏感，但是对像距很敏感；而像方远心光路的成像特点是，像的大小对物距很敏感，但是对像距不敏感。

采用这两种远心光路设计制作的镜头，分别称作物方或者像方远心镜头。