视觉和成像系统。它们是协同工作的几个组件，为最终用户提供解决方案。为了让它们正常工作，所有组件都必须正确匹配。相机及其图像传感器是视觉系统的关键部件。然而，如果它们与镜头不匹配，视觉系统最终就会失败。在我们项目工作当中，时间是尤为重要的，选择镜头也不例外。在构建视觉或成像系统的过程中，您越早选择镜头和光学器件越好。
通用标准参数
在为您的视觉系统选择镜头时，图像质量是一个起点。工程师必须首先仔细确定其成像系统所需的图像质量，镜头是成像系统中相当复杂的模拟组件，随着传感器不断发展，像素更小，面积更大，镜头在成像系统中的作用比以往任何时候都更加重要。所以我们应为镜头选择过程留出时间，以确保获取最佳性能。
传感器尺寸还有助于决定镜头和光学器件的选择。请务必首先选择相机，以便您拥有可用的传感器尺寸。然后，确保有所需的视野 (FOV) 和工作距离。FOV 和工作距离可以结合起来为您的镜头提供最佳焦距。此外，使用能够为您提供图像所需景深 (DOF) 的相机和镜头组合也是关键。”
当然，与任何视觉系统实施一样，这取决于应用。对于某些应用来说，它是尺寸和重量，而对于其他应用来说，它是不惜一切代价的分辨率。一些应用对失真或色彩平衡有非常严格的要求。所以明确我们主要的应用是非常关键的。虽然确切的标准可能会根据应用而改变，但总的来说，仍有一些标准是保留的。我们称这些为成像系统的基本参数。
第一， FOV，即被检查物体的大小。通常，如果最终用户对此一无所知，FOV就需要估计le，一般根据相机传感器的纵横比和物体出现的位置来确定最后使用的FOV是多少。
第二，工作距离，它描述了从镜头到物体的距离。
第三，分辨率，也是最常被讨论的，物体上的最小可分辨特征尺寸、相机的分辨率或分辨率给定的镜头（通常描述为该镜头的调制传递函数 [MTF]）。接下来是相机的传感器尺寸，结合工作距离和 FOV，将决定应用所需的镜头焦距。我们还有注意传感器的单个像素的尺寸和镜头的匹配。
第四，DOF，也就是景深，这个标准描述了镜头分辨率的变化，在不同的工作距离下，镜头的聚焦的清晰度是不同的，在某些应用中，这个参数不太重要，例如在检查平面物体时。
第五，靶面的大小，相机的传感器尺寸与镜头的靶面大小相匹配，这样镜头的图像圈就可以覆盖整个传感器，拍摄的图像就没有暗角，
第六，镜头的最小对焦距离，同样的焦距镜头的最小对焦距离是不同的。镜头的最小对焦距离是否与应用所需的距离相匹配。
第七，镜头可工作的光谱，我们应该确定镜头将在哪些光谱中工作，并选择在这些光照条件下具有出色性能的镜头。
第八，镜头畸变，在精准测量当中，镜头的畸变是重要的问题，他会影响我们测量的准度。
第九，相对照度，在拍摄大视野时，一般情况下，周围的图像会比中心的图像暗，如果相对照度好的镜头，可以使得周围的图像和中间的图像的亮度一致。
在选择镜头和光学元件时，有无数的公司和产品可供选择。下面是市场上可用的样本和一些规格，然后是关于选择视觉或成像系统的这些重要部分的评论。
图1
Opto Engineering®（意大利曼托瓦；www.opto-e.com）的 TCEL 系列（图 1）结合了远心光学和液体透镜技术，使用户能够显着增加 DOF。由于 DOF 与放大倍数的比例关系，这对于小视场尤其重要。TCEL 镜头的光学设计确保了整个工作范围内远心度和畸变方面的光学性能，使其适用于电子和半导体领域、汽车和制药等应用。
Optotune（www.optotune.com）固定焦距镜头已广泛应用于机器视觉行业，但它们的景深通常有限，这具有挑战性适用于多种应用。为了解决这一挑战，“Optotune 开发了优化的集成解决方案，其中集成了可调焦镜头，以支持广泛的应用，可调焦镜头技术的主要优势是：扩展景深、毫秒级快速对焦、长寿命和高精度。
图2
Optotune 的 ELM 系列产品组合支持 S 接口和 C 接口相机，传感器尺寸最大为1.1 英寸，焦距范围为 5 至 300 毫米。特别是其 ELM-25-2.8-18-C 镜头（图 2）的焦距为 25 mm，F#为 2.8，像素尺寸为 2.4 µm；可容纳 1.1 英寸的传感器；支持C口相机；可用于多种应用，例如机器人视觉、条形码读取、包装分拣和瓶子检查。
图 3
Schneider Optics Xenon Jade 系列（图 3）针对机器视觉应用进行了优化，是一组专注于新传感器（如 Sony Pregius S™-Generation 4）的镜头。
图 4
爱特蒙特光学的 TECHSPEC® LH 系列定焦镜头（图 4）是超高分辨率大画幅镜头，专为 APS-H 格式的 120 MPixel 传感器而设计。LH 系列支持佳能 120MP CMOS 传感器上的 2.2 μm 像素尺寸。这些镜头可与 APS-H 传感器（对角线 35.5 毫米）和更大的 35 毫米全画幅传感器（对角线 43.3 毫米）配合使用。提供 F-Mount 和 TFL-II Mount 版本。
图 5
Computar Optics Group 的 MPT 系列 45 MPixel1.4 英寸机器视觉镜头（图 5）结构紧凑、重量轻，旨在优化最新工业 CMOS 图像传感器的功能。浮动设计可在任何工作距离提供性能。镜头采用高级像差校正和居中/对准技术。高折射率玻璃和低部分色散玻璃在关键位置的定位、场曲、像散等综合校正。
图 6
卡尔蔡司最近发布了一个新的 Dimension® 镜头系列（图 6），专门用于工业 C 接口应用。这些镜头专为高达 4/3 英寸格式的图像传感器而设计，并提供紧凑、轻便且坚固的铝制外壳。Dimension® 系列由 8 至 50 mm 的六个焦距组成。借助创新的调节机制，可以轻松补偿摄像机安装处的公差。除了 C 型卡口的稳定螺钉连接外，对焦环和光圈环上的锁定螺钉确保了高度的稳定性，并确保设置保持在正确的位置。这些镜头可以分辨低至 2.0 µm 的像素尺寸。低失真 (< 2%) 与从中心到边缘的高对比度图像相结合，使这些镜头适用于具有挑战性的工业应用。
图 7
FUJIFILM（富士） North America 的 FujinonCF-ZA-1S 系列（图 7）支持具有 2.5 µm 像素间距（相当于 23 MPixel）的大型高分辨率 1.1 英寸格式图像传感器。相对照度高达90%以上，从图像中心到周边区域都能获得清晰的图像。
图 8
Vieworks 和 Schneider-Kreuznach（施耐德）共同开发的 VEO 镜头系列（图 8）针对 Vieworks TDI 相机的灵敏度和光波长进行了优化。从镜头设计过程的第一阶段就仔细考虑了相机规格，以使 VTDI 相机和 VEO 镜头的组合表现最佳。
图 9
Navitar 最近推出了超广角 4K 成像镜头（图 9），旨在为显微镜客户提供工业和生命科学应用中低倍率高分辨率成像的替代方案。该系统实现了宽 FOV，可以在每个图像中捕获更多样本，从而实现更快的目标检测并提高吞吐量。
图 10
VS Technology 的 VS-HX 系列 8K 分辨率大画幅固定焦距镜头（图 10）支持最大φ32 毫米和 2.74 微米像素分辨率的图像圈，以提高清晰度。该镜头系列专为满足高速和高分辨率应用的需求而设计。其紧凑轻巧的设计使该系列可以安装在有限的空间内。
图 11
腾龙的工业用定焦镜头 SMA11F12（图 11）在从可见光到 SWIR 波段的宽波段内具有高光谱透射率，同时在整个波段内将焦点偏移抑制到绝对最小值。该镜头显着减少了可见光和对应于 400 至 1700 nm 波长的 SWIR 波段之间的焦点偏移。腾龙专有的镜片镀膜技术可确保在从可见光到 SWIR 波段的整个光谱范围内保持约 80% 的恒定光谱透射率。该镜头与像素间距为 5 µm 的成像器兼容。
图 12
Theia 的 MY125 C 接口镜头（图 12）可提供高达 135 度的水平 FOV，而不会出现桶形失真。它使用 Theia 获得专利的 Linear Optical Technology® 以光学方式校正桶形失真，无需软件和软件校正中固有的延迟。MY125 镜头在可见光下提供 200 lp/mm 的分辨率性能，最小物距为 10 cm，平移焦距为 0.3 m 至无限远。它适用于高达 1/2.5 英寸的传感器，采用手动或直流自动光圈，也可用于 CS 安装 (SY125)。“对于高达 1/2.5 英寸的传感器和高达 5 MPixels 的传感器分辨率，这款镜头将是一个不错的选择，”Van Landingham 补充道。
图 13
Archer OpTx 提供 PerfectLens™ SIVA（系统成像视觉组件）系列（图 13），其功能非常接近计算机设计模型，提供高分辨率广角（250/300 lp/mm，10 MPixel 传感器）、高分辨率窄角（ 350 lp/mm、15 MPixel 传感器）和高分辨率（225 lp/mm、3 MPixel 传感器）相机镜头。
至理名言：
与专家讨论可以帮助您为您的应用指定正确的相机和镜头组合，此外，评估专家推荐的相机和镜头有助于在构建成功的解决方案时消除可能的误差。
为您的视觉系统选择镜头时需要考虑很多因素，其中最重要的是弄清楚您的应用需要哪种类型的镜头。牢记整个系统将可以获取便捷。对我们来说，讨论客户的整个系统和环境非常重要，因为有一些外部影响会导致视觉/图像系统错误。
确保要查看的对象已被充分理解，边缘情况总是最难解决的情况，因此准确了解失败和通过之间的阈值可以对系统的成功产生巨大影响。此外，尝试了解所有系统级约束，并尽量不要在“光学可以弥补它”的假设下在其他任何地方做出妥协。
评估特定项目或目的实际需要什么，并基于此进行选择。不要过度消费。仅仅因为镜头规格在纸上“看起来不错”并不总是意味着结果也会“看起来不错”。从一开始，一种选择可能比另一种更便宜，但如果它不能满足要求——并且随着时间的推移一直这样做——从长远来看，它实际上会花费更多。意识到你真正需要什么，你最终得到什么，并确保它们是相同的。
当心过度指定镜头。我们鼓励每个人阅读数字系统中的 MTF，以了解您可以从数字成像系统中合理地期望什么。单个像素看不到任何东西，因此在那里指定 MTF 毫无意义。即使是两个像素也是有问题的，这取决于您处理数据的方式。
同样，时机就是一切，在流程早期指定镜头将在以后节省时间和金钱。镜头选择通常是事后才考虑的，但强烈建议在一开始就考虑镜头要求。努力将镜头与具有正确分辨率、传感器尺寸和像素尺寸的相机配对，并研究所有这些因素如何影响特定应用中的性能——这有助于避免延迟和代价高昂的错误。首先指定相机，然后指定镜头。确保使用具有良好 MTF 或对比度的镜头。MTF 越好，图像的对比度就越好，这有助于优化分辨率。接下来，确保镜头具有适合您的相机的足够分辨率。始终确认镜头的像素间距等于或小于相机上的像素间距。
人们对光学仍有很多误解。不要高估或低估镜头。有句古老的名言：“您的系统与您使用的玻璃一样好。
