工业镜头是图像采集系统的重要光学设备。它的作用是将目标物体的像成在相机的感光面上。
一、工业镜头原理
镜头是对光线进行调制和变换，使目标能够成像到相机的感光芯片上。将不同折射率的硝材加工成高精度的曲面，再把这些曲面进行组合后设计成能够满足不同视觉检测要求的镜头。
二、工业镜头的主要参数
选择视觉系统的镜头时，一般要关注这些参数：焦距、视野、工作距离、景深、相对孔径、光圈、畸变、接口这8个参数。
焦距 Focal Length:当平行光射入凸透镜的时候，理想状态下，镜头可以将所有的光线聚焦在一个点上，光线聚集在一起的点就是焦点，透镜中心到焦点的距离就是焦距。焦距决定了镜头能够拍摄的画面范围。
**视野 Field of View, FOV:**视野，也称视场角，是指图像采集系统可以覆盖的范围，也就是相机实际拍到的尺寸。视野与镜头的焦距相关，焦距越小（也就是成像面距离透镜中心越近），可拍摄的视野范围越大。相反，焦距越大（也就是成像面距离透镜中心越远），可拍摄的视野范围越小。
视野与焦距的关系如下图所示：
**3、工作距离 Working Distance WD：**工作距离是指目标物体到镜头的最小距离。安装硬件系统时，需要考虑安装高度是否在工作距离内，否则不能清晰成像。
**4、景深 Depth of Field：**是指目标物体在聚焦清晰以后，在焦点前后都能清晰成像的范围。景深还分为前景深和后景深。前景深是靠近镜头一端的焦点前的清晰范围，前景深小于后景深。景深的变化受光圈值，焦距、拍摄距离的影响。
5、相对孔径： 相对孔径是镜头入射光孔径
，与焦距
的比值，通常会标注在镜头上。
6、光圈： 光圈用于控制光线 通过镜头进入相机感光面的装置。光圈值, 通常用镜头焦距
,和镜头入瞳的有效直径
的比值表示，是相对孔径孔径
的倒数。
**7、畸变：**现实中，由于镜头材质和制造工艺的局限，镜头的特性无法与理想的成像系统完全吻合，难免会产生一定的失真，这个失真就是畸变。畸变是指目标物体平面的反射光，本应是直线，但是经过成像系统后，变成曲线。畸变会影响目标物体成像的几何形状，不影响成像质量。畸变一般分为桶形畸变和枕形畸变。当检测精度要求较高时，需要进行畸变校正，畸变校正需要使用圆点矩阵标定板，并通过算法计算出畸变系数后进行图像校正。
三、工业镜头的分类
1、根据焦距是否可调：可分为定焦镜头和变焦镜头
**定焦镜头：**定焦镜头只有一个固定的焦距或者焦距段，焦距不能调节，即镜头具有固定的视场。
**变焦镜头：**变焦镜头通常带有变焦圈，通过旋转变焦圈可以改变镜头的焦距值。因此，变焦镜头可适用于多视野的应用场景。但是变焦镜头的制造工艺复杂，成像质量较差，产生的畸变误差较大。与同档次的定焦镜头比，定焦镜头的成像质量更好。
2、根据用途：可分为微距镜头、显微镜头、普通镜头、远心镜头
**微距镜头：**用于拍摄微小的物体，放大率在1:1--1:4之间，成本高，但是成像质量好。
**显微镜头：**用于近距离拍摄物体，并放大物体的细节特征，放大率在10--200之间，分辨率高，用于高精度测量实验仪器。
**普通镜头：**与人眼一样，观测不同距离的物体都是，近大远小，即同一镜头拍摄不同距离的物体，成像大小不一样。在景深范围之内，虽然物体能够清晰成像，但是成像大小会随距离变化。
**远心镜头：**相较于普通镜头，具有更大的景深，可以保证在景深范围之内，拥有一样的图像放大倍率。远心镜头适用于检测目标物体的特征不在一个平面的场合。