一、三個參數(shù)決定一顆鏡頭

拿到一個工業(yè)視覺項目，最先要回答的問題通常是三個：要拍多大的范圍？鏡頭離目標(biāo)多遠(yuǎn)？相機的傳感器有多大？這三個數(shù)定下來，鏡頭的焦距基本就鎖死了。焦距對了，視野剛好；焦距不對，要么東西太大裝不下，要么太小看不清細(xì)節(jié)，后面再怎么調(diào)也是白費功夫。

圖：焦距由視場、工作距離和靶面尺寸共同決定，是鏡頭匹配的第一道門檻

二、幾個關(guān)鍵參數(shù)得心里有數(shù)

2.1 焦距

焦距是鏡頭最基礎(chǔ)也最重要的指標(biāo)。它和視場的關(guān)系很直接：焦距越長，看到的范圍越小，但細(xì)節(jié)放大得更清楚；焦距越短，視野越寬，能裝下更大的東西。

怎么算焦距： f = WD × 靶面尺寸 / FOV
舉個例子：工作距離 200mm，靶面 8.8mm（1/2 英寸），想要 100mm 的視場，算出來 f = 200×8.8/100 = 17.6mm，配 17mm 或 20mm 的鏡頭就差不多。

常見焦距大概這么分：4mm 左右算廣角，適合近處大視野；8mm 是中焦，工業(yè)上用得最多；12-16mm 適合中等視場的精密檢測；25-35mm 看小視野細(xì)節(jié)；50mm 以上通常是遠(yuǎn)距離或高倍率場景。變倍鏡頭的好處是焦距可調(diào)，一個鏡頭能應(yīng)付不同大小的視野。

2.2 光圈

光圈用 F 值表示，F(xiàn) = 焦距 / 有效孔徑直徑。F 值越小，光圈越大，進(jìn)光越多。常見 F 值大概這么對應(yīng)：F1.4（最大光圈，光線暗的時候用）、F2.0（亮度還行）、F2.8（標(biāo)準(zhǔn)工作光圈）、F4.0（景深變大，畫質(zhì)也還行）、F5.6-F8.0（畫質(zhì)最-好-的區(qū)間）、F11-F16（開始受衍射影響，分辨率往下走）。

工業(yè)上怎么挑：拍高速運動或者光線不夠的時候，F(xiàn)1.4-F2.0 的大光圈能幫上忙；做精密測量需要高畫質(zhì)，F(xiàn)5.6-F8.0 更合適，犧牲一點亮度換更好的像質(zhì)。但大光圈也有代價——景深很淺，如果被測物體表面高低不平，大光圈反而容易拍糊。

2.3 景深

景深就是鏡頭前后能拍清楚的范圍。影響景深的有三個東西：

光圈——光圈越?。‵ 值越大），景深越深，F(xiàn)11 的景深比 F2.8 大了約 16 倍；

工作距離——離得越遠(yuǎn)，景深越大；

放大倍率——倍率越小，景深越大。

實際經(jīng)驗：
• 拍 PCB 這類平整的東西：景深 1-2mm 就夠，可以用 F2.8 大光圈提高速度
• 拍有高低差的零件：景深需要 5-10mm，老老實實用 F5.6-F8.0
• 芯片檢測這種精密的活：景深經(jīng)常不到 0.5mm，對焦得特別仔細(xì)

2.4 分辨率與 MTF

鏡頭的分辨率看的是能區(qū)分多細(xì)的線條，單位是 lp/mm（每毫米線對數(shù)）。相機的像素尺寸決定了需要多高的分辨率：4μm 像素大約對應(yīng) 125 lp/mm，3.45μm 對應(yīng) 145 lp/mm，2.2μm 對應(yīng) 227 lp/mm。

MTF（調(diào)制傳遞函數(shù)）反映鏡頭傳遞對比度的能力。MTF=1 是理想狀態(tài)（沒有損失），MTF=0 就是完-全糊了。一般工程上要求在相機 Nyquist 頻率處 MTF > 0.2，這樣才能真正發(fā)揮相機的分辨率。買鏡頭的時候可以找廠家要 MTF 曲線圖，這是判斷鏡頭好壞最實在的依據(jù)。

2.5 靶面尺寸與接口

鏡頭的靶面尺寸必須大于等于相機的傳感器尺寸，否則畫面邊緣會變暗（暗角）。常見靶面：1/4 英寸（3.6mm 對角）、1/2 英寸（8mm 對角，工業(yè)上最常見）、2/3 英寸（11mm 對角，中高-端）、1 英寸（16mm 對角，高精度）。

接口類型：C 口是最常見的工業(yè)鏡頭接口，一般配合 2/3 英寸及以下的靶面；F 口用于 1 英寸以上的大靶面；T 口是電影鏡頭的標(biāo)準(zhǔn)，像質(zhì)好但貴；S 口（M12）是板級相機用的，體積小。

三、不同類型的鏡頭各有用處

表：六類工業(yè)鏡頭——標(biāo)準(zhǔn)、變倍、遠(yuǎn)心、微距、線掃描、FA，各有各的用場

四、幾個容易踩的坑

1、靶面買小了
鏡頭的靶面必須能覆蓋相機傳感器，如果鏡頭靶面只有 2/3 英寸，配了 1 英寸的相機，畫面四角準(zhǔn)黑。規(guī)則很簡單：鏡頭靶面 ≥ 相機靶面，寧可大一點也別卡著邊。

2、光圈太大景深不夠
大光圈（F1.4-F2.0）參數(shù)看著漂亮，但景深淺是硬傷。被測物體哪怕只有 1mm 的高度差，大光圈下就容易糊。拍平整的東西可以用大光圈提速度；有高低差就老老實實縮到 F5.6-F8.0，景深比亮度重要。

3、分辨率跟不上相機
買了 500 萬像素的相機，配了個 100 lp/mm 的 FA 鏡頭，實際效果可能還不如 100 萬像素。算法是 Nyquist 頻率 = 1000 / (2 × 像素尺寸 μm) lp/mm，然后查鏡頭 MTF 曲線，確保在 Nyquist 頻率處 MTF > 0.2。

4、遠(yuǎn)心鏡頭的工作距離沒算好
遠(yuǎn)心鏡頭精度高，但工作距離受光學(xué)設(shè)計限制，不是想放哪就放哪。安裝空間不夠的話，再好的遠(yuǎn)心鏡頭也裝不進(jìn)去。動手之前先量好可用的工作距離。

5、畸變沒當(dāng)回事
畸變對于測量來說是致命的。1% 的畸變，100mm 視場下就是 1mm 的誤差。普通 FA 鏡頭畸變能到 5-10%，做精密測量必須選畸變 <0.5% 的鏡頭，或者用軟件做校正。

6、接口對不上
C 口鏡頭不能直接裝 CS 口相機，得加 5mm 接圈；反過來 CS 口裝 C 口相機，工作距離會增加 5mm。下單之前確認(rèn)好相機的接口類型。

7、光線不夠還用了小光圈
很多工業(yè)現(xiàn)場就是普通 LED 照明，光圈太小（F4 以上）快門時間就得拉長，運動物體就糊了。傳送帶上的檢測，快門一般要 <1/500s，這時候要么上 F2.0 以下的大光圈，要么把光源加亮。

五、相機和鏡頭怎么搭

鏡頭和相機是綁在一起的，不能分開看。

幾個匹配原則：

靶面：鏡頭靶面 ≥ 相機靶面；

分辨率：鏡頭 MTF 在相機 Nyquist 頻率 > 0.2；

接口：C 口對 C 口，F(xiàn) 口對 F 口；

光譜：近紅外場景用 IR 鏡頭，紫外用 UV 鏡頭。

表：相機和鏡頭匹配參考——靶面、分辨率、接口、光譜四個維度要能對上

六、按場景對照著看

表：不同場景的參考配置——從PCB檢測到近紅外，覆蓋主流工業(yè)成像需求

七、說到底是在找平衡

鏡頭這件事沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，就是在視場、工作距離、靶面、光圈、景深、分辨率、成本、安裝空間之間來回權(quán)衡。先把三個核心數(shù)（FOV、WD、靶面）算清楚，把焦距定下來，然后根據(jù)被測物體的平整度選光圈，根據(jù)精度要求確認(rèn)分辨率和畸變，最后確認(rèn)接口和靶面能不能配上相機。把這條邏輯走通，基本就不會跑偏。