作為一名機(jī)器視覺(jué)工程師，在日常的鏡頭選型中，我經(jīng)常被客戶或同事問(wèn)到一個(gè)問(wèn)題：“變倍鏡頭和變焦鏡頭，到底有什么區(qū)別？聽(tīng)起來(lái)不都差不多嗎？” 這絕對(duì)是一個(gè)極具代表性的困惑。市面上確實(shí)存在將兩者混為一談的情況，但對(duì)于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓I(yè)檢測(cè)應(yīng)用而言，這“一字之差”背后，是截然不同的設(shè)計(jì)原理和應(yīng)用場(chǎng)景。選錯(cuò)了，輕則影響檢測(cè)效果，重則導(dǎo)致整個(gè)視覺(jué)項(xiàng)目失敗。

今天，就讓我們從機(jī)器視覺(jué)的實(shí)際應(yīng)用角度，徹底厘清這兩個(gè)概念，幫助大家在今后的項(xiàng)目選型中不再迷茫。

一、 核心定義：從字面理解本質(zhì)

變焦鏡頭： 關(guān)鍵詞是“焦”。這里的“焦”指的是焦距。變焦鏡頭是一種焦距連續(xù)可變，從而能夠改變視場(chǎng)角（FOV）大小和成像范圍的鏡頭。你可以把它想象成相機(jī)上的“拉遠(yuǎn)”和“拉近”功能。通過(guò)變焦，你可以獲得從廣角到長(zhǎng)焦的不同畫面，而無(wú)需移動(dòng)相機(jī)或更換鏡頭。

核心目標(biāo)： 改變觀測(cè)的范圍和透視關(guān)系。

變倍鏡頭： 關(guān)鍵詞是“倍”。這里的“倍”指的是光學(xué)放大倍率。變倍鏡頭是一種放大倍率連續(xù)可變，但工作距離（鏡頭前端到被測(cè)物的距離）通常固定不變的鏡頭。它的主要目的不是改變觀測(cè)范圍，而是在固定視野內(nèi)，改變物體在相機(jī)傳感器上成像的大小，以觀測(cè)不同級(jí)別的細(xì)節(jié)。

核心目標(biāo)： 改變觀測(cè)的精度和細(xì)節(jié)。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，變焦是“看遠(yuǎn)看近”，變倍是“看粗看細(xì)”。

二、 工作原理與機(jī)械結(jié)構(gòu)差異

變焦鏡頭： 內(nèi)部有多組鏡片（變焦組、補(bǔ)償組等），通過(guò)精密的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在調(diào)節(jié)變焦環(huán)時(shí)，多組鏡片按特定軌跡協(xié)同移動(dòng)，從而連續(xù)改變整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距。這個(gè)過(guò)程通常需要保證像面（成像面）穩(wěn)定在相機(jī)傳感器的位置上，否則圖像會(huì)變模糊。高質(zhì)量的變焦鏡頭（齊焦鏡頭）會(huì)保證在變焦過(guò)程中焦點(diǎn)偏移極小。

變倍鏡頭： 變倍鏡頭可以看作是一個(gè)固定焦距的鏡頭與一個(gè)放大倍率可調(diào)的望遠(yuǎn)系統(tǒng)的組合。它通過(guò)移動(dòng)內(nèi)部少量的鏡片組來(lái)改變系統(tǒng)的組合焦距，從而實(shí)現(xiàn)倍率的連續(xù)變化。其設(shè)計(jì)初衷是在工作距離固定的前提下改變倍率。因此，當(dāng)倍率改變后，視野中心區(qū)域的圖像細(xì)節(jié)被放大，但視野范圍會(huì)相應(yīng)縮小。

三、 實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)景：用兩個(gè)方案徹底分清

方案一：PCB板的全景定位與焊點(diǎn)細(xì)節(jié)檢測(cè)

在這個(gè)應(yīng)用中，我們既需要看到整塊PCB板的全貌來(lái)定位元件，又需要放大檢測(cè)某個(gè)微型焊點(diǎn)的質(zhì)量。

使用變焦鏡頭方案：

第一步（廣角端）： 將變焦鏡頭調(diào)到短焦端（如廣角），獲得一個(gè)較大的視場(chǎng)角，拍攝整塊PCB板，進(jìn)行元件的粗略定位。

第二步（長(zhǎng)焦端）： 通過(guò)電動(dòng)控制器，將鏡頭變焦到長(zhǎng)焦端，視野變窄，鏡頭“拉近”到特定的焊點(diǎn)位置進(jìn)行高清拍攝。

優(yōu)勢(shì)： 一顆鏡頭搞定兩種需求，無(wú)需更換鏡頭或移動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)，效率高。適合檢測(cè)點(diǎn)不固定、需要快速切換視野的應(yīng)用。

使用變倍鏡頭方案（不適用）：

如果你試圖用變倍鏡頭來(lái)做這件事，會(huì)發(fā)現(xiàn)非常困難。因?yàn)樽儽剁R頭通常要求工作距離固定。你想先看全景，就需要離PCB板很遠(yuǎn)；但想看焊點(diǎn)細(xì)節(jié)時(shí)，你無(wú)法通過(guò)“變倍”來(lái)拉近——你必須移動(dòng)整個(gè)相機(jī)模組到焊點(diǎn)正上方，然后重新對(duì)焦，再改變倍率來(lái)觀察細(xì)節(jié)。這個(gè)過(guò)程涉及機(jī)械運(yùn)動(dòng)，速度和精度都遠(yuǎn)不如變焦方案。

方案二：芯片表面微刻字符的讀取與檢測(cè)

在這個(gè)應(yīng)用中，芯片已經(jīng)被精密夾具固定，相機(jī)模組的位置也固定不變（工作距離固定）。我們需要一個(gè)鏡頭能清晰地拍攝到芯片，并且能靈活地調(diào)整放大倍率，以便既能看清芯片的整體輪廓，又能高倍率放大讀取其表面的微小字符。

使用變倍鏡頭方案（完美適用）：

第一步（低倍率）： 將變倍鏡頭設(shè)置在較低倍率（如0.5X），獲得一個(gè)較大的視野，確認(rèn)芯片的型號(hào)、擺放角度和整體外觀。

第二步（高倍率）： 在不移動(dòng)任何硬件的情況下，直接調(diào)節(jié)變倍環(huán)，將倍率提高到2X或更高。此時(shí)，芯片在畫面中的成像變大，表面的字符清晰放大，便于軟件進(jìn)行字符識(shí)別（OCR）或缺陷檢測(cè)。

優(yōu)勢(shì)： 在工作距離和相機(jī)位置絕對(duì)固定的前提下，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)、連續(xù)的細(xì)節(jié)觀測(cè)。精度高，穩(wěn)定性好。

使用變焦鏡頭方案（不適用）：

變焦鏡頭雖然也能改變畫面大小，但其設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于變焦過(guò)程中的像面穩(wěn)定和視場(chǎng)角變化，在固定工作距離下進(jìn)行高精度、高重復(fù)性的倍率變化方面，其性能通常不如專業(yè)的變倍鏡頭。對(duì)于要求微米級(jí)精度的測(cè)量應(yīng)用，變倍鏡頭是更專業(yè)的選擇。