工业镜头基本知识
摄像机镜头是视频监视系统的最关键设备，它的质量（指标）优劣直接影响摄像机的整机指标，因此，摄像机镜头的选择是否恰当既关系到系统质量，又关系到工程造价。
镜头相当于人眼的晶状体，如果没有晶状体，人眼看不到任何物体；如果没有镜头，那么摄像头所输出的图像就是白茫茫的一片，没有清晰的图像输出，这与我们家用摄像机和照相机的原理是一致的。
当人眼的肌肉无法将晶状体拉伸至正常位置时，也就是人们常说的近视眼，眼前的景物就变得模糊不清；摄像头与镜头的配合也有类似现象，当图像变得不清楚时，可以调整摄像头的后焦点，改变CCD 芯片与镜头基准面的距离（相当于调整人眼晶状体的位置），可以将模糊的图像变得清晰。由此可见，镜头在闭路监控系统中的作用非常重要。工程设计人员和施工人员都要经常与镜头打交道：设计人员要根据物距、成像大小计算镜头焦距，施工人员经常进行现场调试，其中一部分就是把镜头调整到最佳状态。
1、 镜头的分类
（1）以镜头安装分类
所有的摄象机镜头均是螺纹口的，CCD摄象机的镜头安装有两种工业标准，即C安装座和CS安装座。两者螺纹部分相同，但两者从镜头到感光表面的距离不同。
C安装座：从镜头安装基准面到焦点的距离是17.526mm。
CS安装座：特种C安装，此时应将摄象机前部的垫圈取下再安装镜头。其镜头安装基准面到焦点的距离是12.5mm。如果要将一个C安装座镜头安装到一个CS安装座摄象机上时，则需要使用镜头转换器。
（2）以摄象机镜头规格分类 摄象机镜头规格应视摄象机的CCD尺寸而定，两者应相对应。即
摄象机的CCD靶面大小为1／2英寸时，镜头应选1／2英寸。
摄象机的CCD靶面大小为1／3英寸时，镜头应选1／3英寸。
摄象机的CCD靶面大小为1／4英寸时，镜头应选1／4英寸。
如果镜头尺寸与摄象机CCD靶面尺寸不一致时，观察角度将不符合设计要求，或者发生画面在焦点以外等问题。
（3）以镜头光圈分类
镜头有手动光圈 （manual iris）和自动光圈（auto iris）之分，配合摄象机使用，手动光圈镜头适合于亮度不变的应用场合，自动光圈镜头因亮度变更时其光圈亦作自动调整，故适用亮度变化的场合。自动光圈镜头有两类：一类是将一个视频信号及电源从摄象机输送到透镜来控制镜头上的光圈，称为视频输入型，另一类则利用摄象机上的直流电压来直接控制光圈，称为DC输入型。
自动光圈镜头上的ALC（自动镜头控制）调整用于设定测光系统，可以整个画面的平均亮度，也可以画面中最亮部分（峰值）来设定基准信号强度，供给自动光圈调整使用。一般而言，ALC已在出厂时经过设定，可不作调整，但是对于拍摄景物中包含有一个亮度极高的目标时，明亮目标物之影像可能会造成"白电平削波"现象，而使得全部屏幕变成白色，此时可以调节ALC 来变换画面。
另外，自动光圈镜头装有光圈环，转动光圈环时，通过镜头的光通量会发生变化，光通量即光圈，一般用F表示，其取值为镜头焦距与镜头通光口径之比，即： F＝f（焦距）／D（镜头实际有效口径），F值越小，则光圈越大。
采用自动光圈镜头，对于下列应用情况是理想的选择，它们是：在诸如太阳光直射等非常亮的情况下，用自动光圈镜头可有较宽的动态范围。要求在整个视野有良好的聚焦时，用自动光圈镜头有比固定光圈镜头更大的景深。要求在亮光上因光信号导致的模糊最小时，应使用自动光圈镜头。
（4）以镜头的视场大小分类
标准镜头：视角30度左右，在1／2英寸CCD摄象机中，标准镜头焦距定为12mm，在1／3英寸CCD摄象机中，标准镜头焦距定为8mm。
广角镜头：视角90度以上，焦距可小于几毫米，可提供较宽广的视景。
远摄镜头：视角20度以内，焦距可达几米甚至几十米，此镜头可在远距离情况下将拍摄的物体影响放大，但使观察范围变小。
变倍镜头（zoom lens）：也称为伸缩镜头，有手动变倍镜头和电动变倍镜头两类。
可变焦点镜头 （vari-focus lens）：它介于标准镜头与广角镜头之间，焦距连续可变，即可将远距离物体放大，同时又可提供一个宽广视景，使监视范围增加。变焦镜头可通过设置自动聚焦于最小焦距和最大焦距两个位置，但是从最小焦距到最大焦距之间的聚焦，则需通过手动聚焦实现。
针孔镜头：镜头直径几毫米，可隐蔽安装。
（5）从镜头焦距上分
短焦距镜头：因入射角较宽，可提供一个较宽广的视野。
中焦距镜头：标准镜头，焦距的长度视CCD的尺寸而定。
长焦距镜头：因入射角较狭窄，故仅能提供狭窄视景，适用于长距离监视。
变焦距镜头：通常为电动式，可作广角、标准或远望等镜头使用。
2、选择镜头的技术依据
（1）镜头的成像尺寸应与摄象机CCD靶面尺寸相一致，如前所述，有1英寸、2／3英寸、1／2英寸、1／3英寸、1／4英寸、1／5英寸等规格。
（2）镜头的分辨率
描述镜头成像质量的内在指标是镜头的光学传递函数与畸变，但对用户而言，需要了解的仅仅是镜头的空间分辨率，以每毫米能够分辨的黑白条纹数为计量单位，计算公式为：
镜头分辨率N＝180／画幅格式的高度。
由于摄象机CCD靶面大小已经标准化，如1／2英寸摄象机，其靶面为宽6.4mm＊高4.8mm，1／3英寸摄象机为宽4.8mm＊高3.6mm。因此对1／2英寸格式的CCD靶面，镜头的最低分辨率应为38对线／mm，对1／3英寸格式摄象机，镜头的分辨率应大于50对线，摄象机的靶面越小，对镜头的分辨率越高。
（3）镜头焦距与视野角度
首先根据摄象机到被监控目标的距离，选择镜头的焦距，镜头焦距f确定后，则由摄象机靶面决定了视野。
（4）光圈或通光量
镜头的通光量以镜头的焦距和通光孔径的比值来衡量，以F为标记，每个镜头上均标有其最大的F值，通光量与F值的平方成反比关系，F值越小，则光圈越大。所以应根据被监控部分的光线变化程度来选择用手动光圈还是用自动光圈镜头。
3、变焦镜头（zoom lens）
变焦镜头有手动伸缩镜头和自动伸缩镜头两大类。伸缩镜头由于在一个镜头内能够使镜头焦距在一定范围内变化，因此可以使被监控的目标放大或缩小，所以也常被成为变倍镜头。典型的光学放大规格有6 倍（6.0~36mm,F1.2）、8倍（4.5~36mm,F1.6）、10倍（8.0~80mm,F1.2）、12 倍（6.0~72mm,F1.2）、20倍（10~200mm,F1.2）等档次，并以电动伸缩镜头应用最普遍。为增大放大倍数，除光学放大外还可施以电子数码放大。
在电动伸缩镜头中，光圈的调整有三种，即：自动光圈、直流驱动自动光圈、及电动调整光圈。其聚焦和变倍的调整，则只有电动调整和预置两种，电动调整是由镜头内的马达驱动，而预置则是通过镜头内的电位计预先设置调整停止位，这样可以免除成像必须逐次调整的过程，可精确与快速定位。在球形罩一体化摄像系统中，大部分采用带预置位的伸缩镜头。
另一项令用户感兴趣的则是快速聚焦功能，它由测焦系统与电动变焦反馈控制系统构成。
4、镜头与摄像机CCD尺寸的关系
1/2"镜头既可用于1/2"摄像机，也可用于1/3"摄像机，但视角会减少25%左右。1/3"镜头不能用于1/2"摄像机，只能用于1/3"摄像机。
5、不同种类镜头的应用范围
手动、自动光圈镜头的应用范围
手动光圈镜头是的最简单的镜头，适用于光照条件相对稳定的条件下，手动光圈由数片金属薄片构成。光通量*镜头外径上的一个环调节。旋转此圈可使光圈收小或放大。
在照明条件变化大的环境中或不是用来监视某个固定目标，应采用自动光圈镜头，比如在户外或人工照明经常开关的地方，自动光圈镜头的光圈的动作由马达驱动，马达受控于摄像机的视频信号。
手动光圈镜头和自动光圈镜头又有定焦距 （光圈） 镜头、自动光圈镜头和电动变焦距镜头之分。定焦距（光圈）镜头，一般与电子快门摄像机配套，适用于室内监视某个固定目标的场所作。
挑选工业镜头的需要知道参数要素有哪些？
目前，在中国数码相机市场上，由于中国数码相机制造企业在核心技术上的缺失，一直是日、韩系品牌占据着主导地位。目前市场上的数码相机厂商以日系企业为主，他们使用自己制造企业的产品标准来对其生产的产品进行检测，虽然早在2002年原国家经贸委员会就已发布了国家行业标准JB/T10362-2002 《数码照相机》，但因贯彻和推行不力，并未在数码相机行业中予以执行。相对于其他家电产品来讲，强制性的国家标准和行业标准早已全面出台，并被企业和消费者接受，数码相机产品标准迟迟没能出台，究其主要原因还在于数码相机产品的归口管理问题没有得到很好的落实，致使整个行业处于无人问无人管的状态。
国标委曾于2002年发文，授权由全国照相机械标准化技术委员会牵头组织起草数码相机国家标准。然而，后来又出现了一个原信息产业部标准委员会下的数码相机国标工作组。前者以凤凰、海鸥等老牌光学派为主，还有尼康、柯达、三星、富士等国外巨头。而原信产部的这套标准则以联想等IT企业为主。随着数码相机产品归口于工信部(原信产部)，数码相机的标准问题最终得到落实。
据中国电子商会副秘书长陆刃波表示，讨论了长达4年之久的数码相机标准问题，终于要浮出水面。对数码相机品质的争执将有一个统一的、强制性的质量标准执行，这对于制造企业和消费者来说，有了一个公平的平台。相关部门的负责人表示，目前数码相机的相关标准已到最后讨论阶段，在此之前已和业内众多知名数码相机厂商达成一致，国家强制性标准出台指日可待。随着数码相机国家标准的即将出台，中国数码相机市场的发展将会进入一个全新的时代，对于数码相机行业的发展，数码相机制造企业都将具有跨时代的意义。
有助相机市场监管及规范化
众所周知，在数码相机行业一直以来是以功能为最大卖点，往往忽略了对产品品质的重视。产品的研发速度的加快，势必在产品品质上的要求会相对减少，从而导致对数码相机产品品质方面的投诉呈逐年递增的状态，投诉量居高不下，在售后服务问题上更是针锋相对。
根据315消费电子投诉网统计显示，今年上半年，该投诉网共受理了数码相机投诉1013宗，涉案金额达247万元人民币。其中已处理的投诉共780宗，投诉的解决率为88.74%。从投诉数量来看，今年同比减少了13.56%。投诉的问题主要集中在：产品质量问题、售后服务问题和价格欺诈三大方面。
从2006年的索尼相机“电池门”和“CCD事件”，柯达LS443数码相机质量事件，再到2007年，奥林巴斯FE230的“质量门”事件，2008 年松下LS70的质量问题，以及三星多达14个型号的相机屏幕出现横纹现象等质量问题，缺乏国家标准制约所带来的各种数码相机问题日益突出。随着数码相机国家标准的出台，各大相机企业必然会加强对产品品质的重视，相关部门也会加大对市场上各种数码相机产品的监管力度，加大对数码相机产品的监督、抽查工作，为消费者提供在功能上多样，品质上过硬的数码相机产品。各大数码相机制造厂商，只有遵循中国的数码相机标准才会受到消费者的认可与喜爱。
镜头的参数指标
工业镜头基本参数
1、视野(FOV)
图像采集设备所能够覆盖的范围，它可以是在监视器上可以见到的范围，也可以是设备所输出的数字图像所能覆盖的最大范围。
2、最大/最小工作距离(Work Distance)
从物镜到被检测物体的距离的范围，小于最小工作距离大于最大工作距离系统均不能正确成像。
3、景深(Depth Of Field)
在某个调焦位置上，景深内的物体都可以清晰成像。
4、畸变
几何畸变指的是由于镜头方面的原因导致的图像范围内不同位置上的放大率存在的差异。几何畸变主要包括径向畸变和切向畸变。如枕形或桶形失真。
5、镜头接口
(1)C-MOUNT镜头的标准接口之一，镜头的接口螺纹参数：
公称直径：1
螺距：32牙
(2)CS-Mount是C-Mount的一个变种，区别仅仅在于镜头定位面到图像传感器光敏面的距离的不同，C-Mount是17。5mm，CS-Mount是12。5mm。
(3)C/CS能够匹配的最大的图像传感器的尺寸不超过1"。
6、成像面
可以在镜头的像面上清晰成像的物方平面
7、光圈和F值
光圈是一个用来控制镜头通光量装置，它通常是在镜头内。表达光圈大小我们是用F值，如f1。4，f2，f2。8etc。
8、焦距
焦距是像方主面到像方焦点的距离。如16mm，25mm
工业镜头的视角、焦距
焦距的大小决定着视场角的大小，焦距数值小，视场角大，所观察的范围也大，但距离远的物体分辨不很清楚；焦距数值大，视场角小，观察范围小，只要焦距 选择合适，即便距离很远的物体也可以看得清清楚楚。由于焦距和视场角是一一对应的，一个确定的焦距就意味着一个确定的视场角，所以在选择镜头焦距时，应该 充分考虑是观测细节重要，还是有一个大的观测范围重要，如果要看细节，就选择长焦距镜头；如果看近距离大场面，就选择小焦距的广角镜头。
工业镜头的安装尺寸和接口
所有的摄象机镜头均是螺纹口的，CCD摄象机的镜头安装有两种工业标准，即C安装座和CS安装座。两者螺纹部分相同，但两者从镜头到感光表面的距离不同。
C安装座:从镜头安装基准面到焦点的距离是17．526mm。
CS安装座:特种C安装，此时应将摄象机前部的垫圈取下再安装镜头。其镜头安装基准面到焦点的距离是12．5mm。如果要将一个C安装座镜头安装到一个CS安装座摄象机上时，则需要加装一个5mm厚的接圈。
镜头的尺寸
以摄象机镜头尺寸分镜头可以分为1英寸、2／3英寸、1／2英寸、1／3英寸、1／4英寸、1／5英寸等规格，下面是一个简单的芯片尺寸规格表:
摄像机镜头规格应视摄象机的CCD尺寸而定，两者应相对应。大概:
★ 摄像机的C C D靶面大小为1／2英寸时，镜头应选1／2英寸。
★ 摄像机的C CD靶面大小为1／3英寸时，镜头应选1／3英寸。
★ 摄像机的C C D靶面大小为1／4英寸时，镜头应选1／4英寸。
如果镜头尺寸比摄像机CCD靶面尺寸大时，将使图像视野比镜头视野小，即不能很好地利用镜头的视野；如果镜头尺寸比摄像机CCD靶面尺寸小时，将发生“隧道效应”，即图像有圆形的黑框，像在隧道里拍的一样。
监控相机一般都比较小，甚至小于1/3英寸；工业相机稍微大一些，一般1/2英寸到1英寸不等；传统的135相机底片比当前的一般感光芯片都 大，36mm×24mm（1.4英寸×0.9英寸），画面对角线长度为43mm（1.7英寸），即是1.7英寸的，120中幅相机，其感光面尺寸有三 种:45×60mm、60×60mm和90×60mm，可见画幅更大。
镜头的参数指标
光学镜头一般称为摄像镜头或摄影镜头，简称镜头，其功能就是光学成像。在机器视觉系统中，镜头的主要作用是将成像目标聚焦在图像传感器的光敏面上。镜头的质量直接影响到机器视觉系统的整体性能；合理选择并安装光学镜头，是机器视觉系统设计的重要环节。
1.镜头的相关参数
(1)焦距
焦距是光学镜头的重要参数，通常用f来表示。焦距的大小决定着视场角的大小，焦距数值小，视场角大，所观察的范围也大，但距离远的物体分辨不很清楚；焦距数值大，视场角小，观察范围小，只要焦距选择合适，即便距离很远的物体也可以看得清清楚楚。由于焦距和视场角是一一对应的，一个确定的焦距就意味着一个确定的视场角，所以在选择镜头焦距时，应该充分考虑是观测细节重要，还是有一个大的观测范围重要，如果要看细节，就选择长焦距镜头；如果看近距离大场面，就选择小焦距的广角镜头。
(2)光阑系数
即光通量，用F表示，以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。每个镜头上都标有最大F值，例如6mm/F1.4代表最大孔径为4.29毫米。光通量与F值的平方成反比关系，F值越小，光通量越大。镜头上光圈指数序列的标值为1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，16，22等，其规律是前一个标值时的曝光量正好是后一个标值对应曝光量的2倍。也就是说镜头的通光孔径分别是1/1.4，1/2，1/2.8，1/4，1/5.6，1/8，1/11，1/16，1/22，前一数值是后一数值的根号2倍，因此光圈指数越小，则通光孔径越大，成像靶面上的照度也就越大。
(3)景深
摄影时向某景物调焦，在该景物的前后形成一个清晰区，这个清晰区称为全景深，简称景深。 决定景深的三个基本因素：
光圈 光圈大小与景深成反比，光圈越大，景深越小。
焦距 焦距长短与景深成反比，焦距越大，景深越小。
物距 物距大小与景深成正比，物距越大，景深越大。
(4)光谱特性
光学镜头的光谱特性主要指光学镜头对各波段光线的透过率特性。在部分机器视觉应用系统中，要求图像的颜色应与成像目标的颜色具有较高的一致性。因此希望各波段透过光学镜头时，除在总强度上有一定损失外，其光谱组成并不发生改变。
影响光学镜头光谱特性的主要因素为：膜层的干涉特性和玻璃材料的吸收特性。在机器视觉系统中，为了充分利用镜头的分辨率，镜头的光谱特性应与使用条件相匹配。即：要求镜头最高分辨率的光线应与照明波长、CCD器件接受波长相匹配，并使光学镜头对该波长的光线透过率尽可能的提高。
(5)镜头的分辨率
描述镜头成像质量的内在指标是镜头的光学传递函数与畸变，但对用户而言，需要了解的仅仅是镜头的空间分辨率，以每毫米能够分辨的黑白条纹数为计量单位，计算公式为：镜头分辨率N＝180／画幅格式的高度。由于摄像头CCD靶面大小已经标准化，如1/2英寸摄像头，其靶面为宽6.4mm＊高4.8mm，1/3英寸摄象机为宽4.8mm＊高3.6mm。因此对1/2英寸格式的CCD靶面，镜头的'最低分辨率应为38对线／mm，对1/3英寸格式摄像头，镜头的分辨率应大于50对线，摄像头的靶面越小，对镜头的分辨率越高。
(6) 光圈或通光量
镜头的通光量以镜头的焦距和通光孔径的比值来衡量，以F为标记，每个镜头上均标有其最大的F值，通光量与F值的平方成反比关系，F值越小，则光圈越大。所以应根据被监控部分的光线变化程度来选择用手动光圈还是用自动光圈镜头。
(7)镜头接口
镜头和摄像头之间的接口有许多不同的类型，工业摄像头常用的包括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。
以镜头安装分类所有的摄像头镜头均是螺纹口的，CCD摄像头的镜头安装有两种工业标准，分别是C-mount 和 CS-mount。两者都有一个1英寸长的螺纹，但两者不同在于镜头安装到摄像头后，镜头到传感器之间的距离：
CS-mount： 图像传感器到镜头之间的距离应为12.5 mm
C-mount： 图像传感器到镜头之间的距离应为17.5 mm。一个5 mm的垫圈(C/CS 连接环) 可用于将C-mount 镜头转换为CS-mount 镜头
2.镜头各参数间的相互影响关系
(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；
(4)光波长度的影响：
在相同的摄像头及镜头参数条件下，照明光源的光波波长越短，得到的图像的分辨力越高。所以在需要精密尺寸及位置测量的视觉系统中，尽量采用短波长的单色光作为照明光源，对提高系统精度有很大的作用。
以上就是关于什么是工业镜头？全部的内容，如果了解更多相关内容，可以关注我们，你们的支持是我们更新的动力！
