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機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中，鏡頭相當(dāng)于人的眼睛，其主要作用是將目標(biāo)的光學(xué)圖像聚焦在圖像傳感器（相機(jī)）的光敏面陣上。視覺(jué)系統(tǒng)處理的所有圖像信息均通過(guò)鏡頭得到，鏡頭的質(zhì)量直接影響到視覺(jué)系統(tǒng)的整體性能。下面對(duì)機(jī)器視覺(jué)工業(yè)鏡頭的相關(guān)專業(yè)術(shù)語(yǔ)做以詳解。
一、遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)：
指主光線平行于鏡頭光學(xué)軸的光學(xué)系統(tǒng)。而光從物體朝向鏡頭發(fā)出，與光學(xué)軸保持平行，甚至在軸外同樣如此，則稱為物體側(cè)遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。光從鏡頭朝向影像，與與光學(xué)軸保持平行，甚至在軸外同樣如此，則稱為影像側(cè)遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。
二、遠(yuǎn)心鏡頭：
遠(yuǎn)心鏡頭指主光線與鏡頭光源平行的鏡頭。有物體側(cè)的遠(yuǎn)心，成像側(cè)的遠(yuǎn)心，兩側(cè)的遠(yuǎn)心行頭等方式。
通常的鏡頭
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主光線與鏡頭光軸有角度，因此工件上下移動(dòng)時(shí)，像的大小有變化。
兩方遠(yuǎn)心境頭
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主物方，像方均為主光線與光軸平行
光圈可變，可以得到高的景深，比物方遠(yuǎn)心境頭更能得到穩(wěn)定的像
最適合于測(cè)量用圖像處理光學(xué)系統(tǒng)，但是大型化成本高
物方遠(yuǎn)心境頭
只是物方主光線與鏡頭主軸平行
工件上下變化，圖像的大小基本不會(huì)變化
使用同軸落射照明時(shí)的必要條件，小型化亦可對(duì)應(yīng)
像方遠(yuǎn)心境頭
只是像方主光線與鏡頭光軸平行
相機(jī)側(cè)即使有安裝個(gè)體差，也可以吸收攝影倍率的變化
用于色偏移補(bǔ)償，攝像機(jī)本應(yīng)都采用這種鏡頭
三、遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)的特色：
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優(yōu)點(diǎn)：更小的尺寸。減少鏡頭數(shù)量，可降低成本。
缺點(diǎn)：上下移動(dòng)物體表面時(shí)，會(huì)改變物體尺寸或位置。
優(yōu)點(diǎn)：上下移動(dòng)物體表面時(shí)，不會(huì)改變物體尺寸或位置。使用同軸照明時(shí)?？墒褂酶〉某叽?。
缺點(diǎn)：未使用同軸照明時(shí)，大于標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的尺寸。
優(yōu)點(diǎn)：與MML相似，但鏡頭凸緣后端的尺寸出現(xiàn)極大差異時(shí)，會(huì)改善精確度。
缺點(diǎn)：與MML相似，但成本比MML更高。
四、遠(yuǎn)心：
Telecentricity是指物體的倍率誤差。倍率誤差越小，Telecentricity越高。Telecentricity有各種不同的用途，在鏡頭使用前，把握Telecentricity很重要。遠(yuǎn)心鏡頭的主光線與鏡頭的光軸平行，Telecentricity不好，遠(yuǎn)心鏡頭的使用效果就不好；Telecentricity可以用下圖進(jìn)行簡(jiǎn)單的確認(rèn)。
五、分辨率（μm）：
光學(xué)系能力的尺度，表示黑白格狀圖案通過(guò)鏡頭觀察時(shí)，1mm中可以分辨觀察到黑白條紋的最多對(duì)數(shù)。分辨率為兩點(diǎn)間在無(wú)法識(shí)別前，能靠近的最近距離測(cè)量值，例如1μm的分辨率代表兩點(diǎn)間在無(wú)法識(shí)別前，能靠近的最近距離為1μm。以下為根據(jù)鏡頭的無(wú)相差光衍射情況計(jì)算理論分辨率的公式。
六、分辨力(Lines／mm)：
分辯力指黑白網(wǎng)線圖鏡頭里影像內(nèi)1mm面積，可識(shí)別的黑白兩色條紋數(shù)。分辨力的單位為線條/mm，例如100線條/mm代表可識(shí)別黑白間距1/100mm(10μm)。黑白線條的寬度為1/200mm(5μm)。
七、水平TV分辨率（TV線條）：
寬度里的黑白水平線總條數(shù)，相當(dāng)于電視機(jī)屏幕垂直高度的高度值。屏幕的垂直與水平長(zhǎng)度比率通常為3:4，因此水平寬度里的總條數(shù)為3/4。電視機(jī)水平分辨率為240TV條線，電視機(jī)屏幕水平寬度的總條數(shù)為320條線。測(cè)量鏡頭的分辨率時(shí)，一組黑色與白色線條應(yīng)視為一條線，但是在電視機(jī)分辨率線條方面，一組視為2TV線條。
八、失真（%）：
失真為光學(xué)軸外的直型物體，呈現(xiàn)曲線時(shí)的鏡頭像差。鏡頭失真也稱為鏡頭畸變，即光學(xué)透鏡固有的透視失真的總稱，可分為枕形失真和桶形失真，直線朝向中心的失真情況為枕形失真(Pincushion Distortion），向外擴(kuò)張的失真稱為桶形失真(Barrel Distortion)。如下圖示：
九、TV失真（%）：
TV屏幕上的影像失真。數(shù)值越接近零，牲能越高。
十、電視失真：
實(shí)際邊長(zhǎng)的歪曲形狀與理想的形狀的百分比算出的值。
十一、孔徑效率邊際光量（%）：
孔徑效率為使用鏡頭拍攝均勻亮度的物體時(shí)，成像盤(pán)光學(xué)軸與四周區(qū)域之間的亮度差異，單位為百分比（%），假設(shè)中央亮度為100，為鏡頭的光學(xué)特征之一。
十二、遮蔽（%）：
遮蔽為使用鏡頭與CCD-TV鏡頭拍攝均勻亮度的物體時(shí)，電視機(jī)屏幕中央與邊緣之間的亮度差異，單位為百分比（%）。通常使用受光組件與CCD組件的功率比計(jì)算此百分比。遮蔽意指鏡頭與TV鏡頭的整體表現(xiàn)，可使用遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)以縮小遮蔽的情況。
十三、色差：
在鏡頭光學(xué)統(tǒng)中，形成影像的位置與影像放大倍率隨光線波長(zhǎng)的不同而不同。不同波長(zhǎng)的光線有不同的顏色，這叫做色彩失真。光學(xué)軸上的失真叫做色彩失真。放大倍率的差異則叫做放大倍率色彩失真。
十四、工作距離（WD）（mm）：
工作距離指鏡頭第一個(gè)工作面到被測(cè)物體的距離。
十五、物像間距離O/I（Object to Imager）
OI指物體到結(jié)像平面的距離。
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十六、焦距f（mm）后焦距/前焦距
焦距為光學(xué)系統(tǒng)的主光點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離。從最后一片鏡頭的頂點(diǎn)到后焦點(diǎn)的距離，為后焦距。從第一片鏡頭的頂點(diǎn)到前焦點(diǎn)的距離，為前焦距。
十七、景深：
深度為與物體從最佳焦點(diǎn)前后移動(dòng)時(shí)．出現(xiàn)最銳利焦點(diǎn)的最近點(diǎn)與最遠(yuǎn)點(diǎn)之間的距離。物體側(cè)的深度范圍稱為景深。同樣，照相機(jī)側(cè)的范圍稱為焦點(diǎn)深度。具體的景深的值多少略有不同。景深（Depth of Field）可以用以下的計(jì)算式計(jì)算出來(lái)：
景深 = 2 x Permissible COC x 實(shí)效F / 光學(xué)倍率2 = 允許誤差值 / (NA x 光學(xué)倍率)(使用的是0.04mm的Permissible COC)
通過(guò)鏡頭的影像理論土?xí)纬牲c(diǎn)狀。清晰影像上出現(xiàn)可接受的摸糊情況，稱為可接受的彌散圓。
十八、焦深：
深度為當(dāng)CCD從最佳焦點(diǎn)前后移動(dòng)時(shí)，出現(xiàn)最銳利焦點(diǎn)的最近點(diǎn)與最遠(yuǎn)點(diǎn)之間的距離。影像側(cè)的深度范圍稱為焦深。
十九、后截距（mm）：
從鏡頭安裝座盤(pán)前端到影像的距離。
二十、C安裝座規(guī)格：
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| 名稱 | 標(biāo)準(zhǔn)外徑 | 螺絲螺紋數(shù)(25.4mm用) | 后截距 |
| U1 | 25.4000mm | 32Threads | 17.526mm |
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二十一、數(shù)值孔徑 NA，NA'：
當(dāng)物體在入射光孔上產(chǎn)生的半角為u，且折射率為n，n x sinu為物體側(cè)數(shù)值孔經(jīng)（NA）。
當(dāng)物體在出射光孔上產(chǎn)生的半角為u'，且折射率為n'，n' x sinu' 為影像側(cè)數(shù)值孔徑{NA'）。
NA=n x sinu NA'=n' x sin u'
NA越高，鏡頭的分辨率與亮度越佳。如下圖所示 入射角度 u, 物體側(cè)折射率n, 成像側(cè)的折射率' n'：NA = NA' x 放大率
對(duì)于Macro鏡頭，NA =M/2 xF NA' = 1/2 xF NA=NA' x光學(xué)倍率 NA'=NA x光學(xué)倍率
二十二、F值F No：
此值指鏡頭的亮度。將鏡頭對(duì)焦距離除以物體側(cè)的有效直徑（入射光孔直徑Dmm)，即可得到此數(shù)值，也可使用NA與鏡頭的光學(xué)放大倍率(β)計(jì)算。數(shù)值越小，鏡頭越明亮。
F No=焦距/入射孔徑或有効口徑=f／D
二十三、有效F No：
此值為具體在有限距離內(nèi)的鏡頭亮度，指實(shí)際操作時(shí)的亮度。光學(xué)放大倍率越高(β)，鏡頭越暗。
實(shí)效F = (1 +光學(xué)倍率) x F#，實(shí)效F = 光學(xué)倍率 / 2NA
二十四、光學(xué)放大倍率β：
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| 物體尺寸與影像尺寸的比例。 | ? | |
| β | =y'／y | |
| ? | =b／a | |
| ? | =NA／NA' | |
| ? | =CCD鏡頭元件尺寸／視野實(shí)際尺寸 | |
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二十、C安裝座規(guī)格：
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| 名稱 | 標(biāo)準(zhǔn)外徑 | 螺絲螺紋數(shù)(25.4mm用) | 后截距 |
| U1 | 25.4000mm | 32Threads | 17.526mm |
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二十一、數(shù)值孔徑 NA，NA'：
當(dāng)物體在入射光孔上產(chǎn)生的半角為u，且折射率為n，n x sinu為物體側(cè)數(shù)值孔經(jīng)（NA）。
當(dāng)物體在出射光孔上產(chǎn)生的半角為u'，且折射率為n'，n' x sinu' 為影像側(cè)數(shù)值孔徑{NA'）。
NA=n x sinu NA'=n' x sin u'
NA越高，鏡頭的分辨率與亮度越佳。如下圖所示 入射角度 u, 物體側(cè)折射率n, 成像側(cè)的折射率' n'：NA = NA' x 放大率
對(duì)于Macro鏡頭，NA =M/2 xF NA' = 1/2 xF NA=NA' x光學(xué)倍率 NA'=NA x光學(xué)倍率
二十二、F值F No：
此值指鏡頭的亮度。將鏡頭對(duì)焦距離除以物體側(cè)的有效直徑（入射光孔直徑Dmm)，即可得到此數(shù)值，也可使用NA與鏡頭的光學(xué)放大倍率(β)計(jì)算。數(shù)值越小，鏡頭越明亮。
F No=焦距/入射孔徑或有効口徑=f／D
二十三、有效F No：
此值為具體在有限距離內(nèi)的鏡頭亮度，指實(shí)際操作時(shí)的亮度。光學(xué)放大倍率越高(β)，鏡頭越暗。
實(shí)效F = (1 +光學(xué)倍率) x F#，實(shí)效F = 光學(xué)倍率 / 2NA
二十四、光學(xué)放大倍率β：
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| 物體尺寸與影像尺寸的比例。 | ? | |
| β | =y'／y | |
| ? | =b／a | |
| ? | =NA／NA' | |
| ? | =CCD鏡頭元件尺寸／視野實(shí)際尺寸 | |
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二十五、光學(xué)倍率：
放大倍率（Magnification）指的是通過(guò)鏡頭的調(diào)整能夠改變拍攝對(duì)象原本成像面積的大小。光學(xué)倍率就是通過(guò)光學(xué)鏡頭變倍的放大倍率。主要點(diǎn)與成像的關(guān)系：放大率是指成像大小與物體的比。
二十六、電子放大倍率：
電子放大倍率為影像在顯示器屏幕上顯示時(shí)與在CCD上顯示相比的放大倍率。
二十七、顯示器放大倍率：
顯示器放大倍率為通過(guò)鏡頭在顯示器呈現(xiàn)物體的放大倍率。
顯示器放大倍率=(光學(xué)放大倍率β) x (電子放大倍率)
(計(jì)算范例) 光學(xué)放大倍率=02x，CCD尺寸1/2"(對(duì)角線8mm)，顯示器1/4"：
電子放大倍率=14 x25.4/8=44.45
顯示器放大倍率=0.2x44.45=8.89(倍) (1英寸=25.44mm)
※有時(shí)根據(jù)TV監(jiān)視器的掃描狀態(tài)，以上的簡(jiǎn)易計(jì)算將有一些變化。
二十八、視野(FOV)：
視野指使用照相機(jī)以后看到的物體側(cè)的范圍。
照相機(jī)有效區(qū)域的縱向長(zhǎng)度（V）/光學(xué)倍率（M）＝視野（V）
照相機(jī)有效區(qū)域的橫向長(zhǎng)度（H）/光學(xué)倍率（M）＝視野（H）
照相機(jī)有效區(qū)域的縱向長(zhǎng)度（V）or（H）=照相機(jī)一個(gè)畫(huà)素的尺寸×有効畫(huà)素?cái)?shù)（V）or（H）來(lái)計(jì)算。
?。ㄓ?jì)算范例) 光學(xué)放大倍率=0.2x，CCD尺寸1／2"（長(zhǎng)4.8mm，寬6.4mm}：
視野尺寸 長(zhǎng)度=4.8／0.2=24(mm)
寬度=6.4／0.2=32{mm)
二十九、解析度：
表示了所能見(jiàn)到了2點(diǎn)的間隔0.61x 使用波長(zhǎng)(λ)/ NA=解析度(μ),以上的計(jì)算方法理論上可以計(jì)算出解析度，但不包括失真?！褂貌ㄩL(zhǎng)為550nm
三十、解像力：
１mm中間可以看到黑白線的條數(shù)。單位（lp）/mm
三十一、MTF（Modulation Transfer Function）：
成像時(shí)再現(xiàn)物體表面的濃淡變化而使用的空間周波數(shù)和對(duì)比度。
三十二、成像圈：
成像尺寸φ，要輸入相機(jī)感應(yīng)器尺寸
三十三、照相機(jī) Mount：
C-mount: 1" diameter x 32 TPI: FB: 17.526mm，CS-mount: 1" diameter x 32 TPI: FB: 12.526mm，F(xiàn)-mount: FB:46.5mm，M72-Mount: FB 廠家各有不同。
三十四、邊緣亮度：
相對(duì)照度是指中央的照度與周邊的照度的百分比。
三十五、通風(fēng)盤(pán)及解析度：
Airy Disk（通風(fēng)盤(pán)）是指通過(guò)沒(méi)有失真的鏡頭在將光集中一點(diǎn)時(shí)，實(shí)際上形成的是一個(gè)同心圓。這個(gè)同心圓就叫做Airy Disk。Airy Disk的半徑r可以通過(guò)以下的計(jì)算公式計(jì)算出來(lái)。這個(gè)值稱為解析度。ｒ= 0.61λ/NA Airy Disk的半徑隨波長(zhǎng)改變而改變，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，光越難集中于一點(diǎn)。 例：NA0.07的鏡頭 波長(zhǎng)550nm r=0.61*0.55/0.07=4.8μ
三十六、 MTF 及解析度：
MTF（Modulation Transfer Function) 是指物體表面的濃淡變化，成像側(cè)也被再現(xiàn)出來(lái)。表示鏡頭的成像性能，成像再現(xiàn)物體的對(duì)比度的程度。測(cè)試對(duì)比性能，用的是具有特定空間周波數(shù)的黑白間隔測(cè)試?？臻g周波數(shù)是指１mm的距離濃淡變化的程度。
圖1所示，黑白矩陣波，黑白的對(duì)比度為100%.這個(gè)對(duì)象被鏡頭攝影后，成像的對(duì)比度的變化被定量化?；旧希还苁裁寸R頭，都會(huì)出現(xiàn)對(duì)比度降低的情況。最終對(duì)比度降低至0%。，不能進(jìn)行顏色的區(qū)別。
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圖2、圖3顯示了物體側(cè)與成像側(cè)的空間周波數(shù)的變化。橫軸表示空間周波數(shù)，縱軸表示亮度。物體側(cè)與成像側(cè)的對(duì)比度由A、B計(jì)算出來(lái)。MTF由A,B的比率計(jì)算出來(lái)。
解析度與MTF的關(guān)系：解析度是指2點(diǎn)之間怎樣被分離認(rèn)識(shí)的間隔。一般從解析度的值可以判斷出鏡頭的好壞，但是實(shí)際是MTF與解析度有很大的關(guān)系。圖4顯示了兩個(gè)不同鏡頭的MTF曲線。鏡頭a 解析度低但是具有高對(duì)比度。鏡頭b對(duì)比度低但是解析度高。
三十七、微距鏡頭：
不用近接環(huán)或特寫(xiě)鏡頭而實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大攝影，為近接攝影而設(shè)計(jì)的鏡頭，有限遠(yuǎn)（=從物鏡出射的光，在一定距離處聚焦）
三十八、CCTV鏡頭：
適合于廣范圍的擴(kuò)大觀察，需要嚴(yán)格精度時(shí)不適合，無(wú)限遠(yuǎn)（=從物鏡出射的光，不聚焦，平行前進(jìn)）
三十九、變倍鏡頭：
焦距可變鏡頭，倍率，攝像范圍等可以簡(jiǎn)單改變。適合于需要尋找最合適攝影條件（攝影距離，鏡頭的焦距）以便于操作的場(chǎng)合使用。不產(chǎn)生聚焦位置移動(dòng)的稱為變倍鏡頭，產(chǎn)生焦距位置移動(dòng)的稱為變焦鏡頭。
四十、成像圓：
光學(xué)系統(tǒng)中成像圓的尺寸，成像圓的尺寸=CCD對(duì)角尺寸，和CCD尺寸同樣意義。
四十一、后變倍鏡頭：
安裝在CCD前面，不改變工作距離，擴(kuò)大視野范圍。F值下降，分辨率、對(duì)比度下降，聚焦會(huì)有些不準(zhǔn)。
四十二、前變倍鏡頭：
安裝在鏡頭前面，工作距離會(huì)變化，亮度不變，擴(kuò)大視野范圍
審核編輯：黃飛
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