镜头选型的十大要素，在众多不同品牌的工业镜头中选择最合适的一款

目前市面上的标准工业镜头品牌众多，除了德日系的一二线品牌，近年来中国工业镜头厂家也如雨后春笋般冒出，那么如何在众多不同品牌的工业镜头中选择一款合适您应用的工业镜头呢？您需要从以下要素考虑：焦距，视场角，光学倍率，光圈，工作距离，后焦距，法兰焦距，分辨率，畸变，景深。下面简单介绍一下每个要素的定义和计算方法:

1、焦距：是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式，指平行光入射时从透镜光心到光聚集之焦点的距离。亦是照相机中，从镜片中心到底片或CCD等成像平面的距离。

焦距计算方法:

2、视场角(FOV)：在光学仪器中，以光学仪器的镜头为顶点，以被测目标的物像可通过镜头的最大范围的两条边缘构成的夹角，称为视场角。

视场角：若Y’为sensor的半对角线长度，则视场角2θ=2*arctan(Y’/f)

视野的计算方法：

3、光学倍率

计算公式：

PMAG = 照相机芯片尺寸 (V)  或（H）/  视野  (V)  或（H）尺寸

主要缩放比例、感光芯片尺寸和视场的关系示意图

4、F值：F数用来表征光圈大小，F数越大光圈越小，照度越低，F数越小光圈越大，照度越高。FNO=EFL(焦距）/D（有效直径）

5、工作距离（WD)：被摄物体到镜头最前端镜面顶点的距离

6、后截距：镜头最后端镜片表面顶点到像面的距离

7、法兰后截距：相机接口定位面到像面的距离

8、分辨率：像面处镜头在单位毫米内能够分辨开的黑白相间的条纹对数

分辨率为1/2d  d为条纹宽度

实际应用中，系统的分辨率通常受到成像传感器像元分辨率的限制。在选择镜头时，通常要求镜头分辨率要略高于像元分辨率，这样才能使系统的分辨率达到传感器所限制的最高分辨率。

像元分辨率

P为像元尺寸

像元尺寸×像元数（H×V）=CCD大小（H×V）

例如：2/3英寸 500万(2560×1920）像素CCD，CCD尺寸为8.8mm×6.6mm,像元尺寸=8.8mm/2560=6.6mm/1920=3.4um

9、畸变：定义为实际像高与理想像高之差，实际应用中用相对畸变来表示。

10、景深：指物体在镜头前能够得到清晰图像的范围。

11、举例计算：

 案例一，拍摄一个800mm x 600见方的黑色物体上的划痕，要求能够分辨最小0.5mm的细节，相机到物体的距离在1600mm左右。

分析：

拍摄划痕，一般使用红外相机，故镜头选用红外镜头，波段900—1700nm

拍摄物为800x600，边比为4:3，因此芯片边比应选4:3传感器

分辨率选用800x600/0.1=4800000,

选择方案：

图像传感器像素数要大于480万像素，应用波段900-1700nm，因此选择1英寸（12.8×9.6mm），像素数为2560×1920，像元尺寸5um的短波红外镜头。

系统放大率为：

PMAG  = 照相机芯片尺 (V)或H）/ 视野(V)或（H）尺寸 = 12.8/800 = 0.016

像元尺寸/放大率=0.005/0.016=0.3125mm＜0.5mm，满足要求。

像元分辨率为1/（2×像元尺寸）=1/2x0.005=100lp/mm

视场角 ：Y’为sensor的半对角线长度，则视场角2θ=2*arctan(Y’/f)    可以算出视场角为35.49°

所以选择一款焦距最接近25.6mm，视场角大于27°，成像靶面大于或等于1英寸，镜头全视场MTF大于100lp/mm的镜头即可满足要求。UN-GSWIR2514C（新品短波红外系列）就可以满足要求以上案例仅参数方面的匹配，实际应用中还需考虑镜头的接口，外形尺寸，景深需求，光圈大小，畸变大小等，也与选用的相机有关。

砚拓

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