远心镜头做为工业镜头的一个重要分支，在产品特性上与一般工业镜头的区别直接决定了远心镜头独特的选型方法。如何选择合适的远心镜头？

生产厂家一般可以下几个方面来进行分析考虑，了解客户的具体用途需求：

（1）检测样品的大小¬——镜头的视场
（2）安装的尺寸空间是否有限制要求，镜头的工作距离¬——镜头的物距
（3）外界打光照明方式要考虑¬——镜头的光圈
（4）流水线工作流程方式，上料、筛选等¬——镜头的外形尺寸

如何选择合适的远心镜头，客户首先应明白远心镜头相关指标对应使用条件：
 
（1）物方尺寸——拍摄范围。
（2）像方尺寸——使用的CCD的靶面大小。
（3）工作距离——物方镜头前表面距离拍摄物的距离。
（4）分辨率——使用的CCD像素大小。
（5）景深——镜头能成清晰像的范围。像/物倍率越大景深越小。
（6）接口——照相机接口，多为C，T等接口。
 
其次在选择远心镜头时，应明白在什么时候需要选择远心镜头。根据远心镜头原理特征及独特优势，当检查物体遇到以下6种情况时，最好选用远心镜头：
 
1）当需要检测有厚度的物体时（厚度>1/10 FOV直径）；
2）需要检测不在同一平面的物体时；
3）当不清楚物体到镜头的距离究竟是多少时；
4）当需要检测带孔径、三维的物体时；
5）当需要低畸变、图像效果亮度几乎完全一致时；
6）当缺陷只在同一方向平行照明下才能检测到时。

根据使用情况（物体尺寸和需要的分辨率）选择物方尺寸合适的物方镜头和CCD或CMOS相机，同时得到像方尺寸，即可计算出放大倍率，然后根据产品列表选择合适的像方镜头。选择过程中还应注意景深指标的影响，因为像/物倍率越大景深越小，为了得到合适的景深，可能还需要重新选择镜头。

在机器视觉系统中,工业相机镜头通常与光源、相机一起构成一个完整的图像采集系统，因此工业相机镜头的选择受到整个系统要求的制约。工业相机镜头主要参数：焦距、光圈、对应最大CCD尺寸镜头成像直径可覆盖的最大CCD芯片尺寸、接口镜头与相机的连接方式、景深、分辨率、工作距离镜头第一个工作面到被测物体的距离、视野范围、光学放大倍数、数值孔径、后背焦等等。

1.    焦距(FocalLength) 焦距是从镜头的中心点到胶平面上所形成的清晰影像之间的距离。焦距的大小决定着视角的大小，焦距数值小，视角大，所观察的范围也大;焦距数值大，视角小，观察范围小。根据焦距能否调节，可分为定焦镜头和变焦镜头两大类。

2.    光圈(Iris)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8mm/F1.4代表最大孔径为5.7毫米。F值越小，光圈越大，F值越大，光圈越小。
 
3.    对应最大CCD尺寸(SensorSize) 镜头成像直径可覆盖的最大CCD芯片尺寸。主要有：1/2″、2/3″、1″和1″以上。

4.    接口(Mount)镜头与相机的连接方式。常用的包括C、CS、F、V、T2、Leica、M42x1、M75x0.75等。

5.    景深(Depth ofField,DOF) 景深是指在被摄物体聚焦清楚后，在物体前后一定距离内，其影像仍然清晰的范围。景深随镜头的光圈值、焦距、拍摄距离而变化。光圈越大，景深越小;光圈越小、景深越大。焦距越长，景深越小;焦距越短，景深越大。距离拍摄体越近时，景深越小;距离拍摄体越远时，景深越大。

6.    分辨率(Resolution) 分辨率代表镜头记录物体细节的能力，以每毫米里面能够分辨黑白对线的数量为计量单位：“线对/毫米”(lp/mm)。分辨率越高的镜头成像越清晰。

7.    工作距离(Workingdistance,WD)镜头第一个工作面到被测物体的距离。

8.    视野范围(Field ofView,FOV) 相机实际拍到区域的尺寸。

9.    光学放大倍数(Magnification,ß)CCD/FOV，即芯片尺寸除以视野范围。

10.    数值孔径(Numerical Aperture,NA)数值孔径等于由物体与物镜间媒质的折射率n与物镜孔径角的一半(a\2)的正弦值的乘积，计算公式为N.A=n*sina/2。数值孔径与其它光学参数有着密切的关系，它与分辨率成正比，与放大率成正比。也就是说数值孔径，直接决定了镜头分辨率，数值孔径越大，分辨率越高，否则反之。

11.    后背焦(Flangedistance)准确来说，后倍焦是相机的一个参数，指相机接口平面到芯片的距离。但在线扫描镜头或者大面阵相机的镜头选型时，后倍焦是一个非常重要的参数，因为它直接影响镜头的配置。不同厂家的相机，哪怕接口一样也可能有不同的后倍焦。

了解工业相机镜头的主要参数后，那么选择合适的工业相机镜头要考虑哪些问题：

1.    C接口还是CS接口，C接口的接口距离是17.5mm，CS接口的接口距离是12.5mm，用错了就不能合焦；

2.    要根据感光器件的大小来选择镜头，是2/3寸感光芯片的要选择对应成像圈的镜头，如果选择了1/3"或1/2“的，会出现很大的暗角。

3.    选择焦距，即选择视野范围比观测范围稍大一点的镜头。

4.    景深与光环境的配合，光线充足，配备光源照射的地方可以选用小光圈，加大景深，提高拍摄清晰度。光线不足的地方需要稍大一点的光圈或采用高感光度的感光芯片

Aberration 像差：光学系统中对成像造成不良影响的因素。任何光学系统的设计都致力于用不同的方法纠正各种像差，如：球差与色差，渐晕，慧差和畸变；

AGC 自动增益控制：一种内置的功能，用来自动调节增益水平；

ALC control 自动光线补偿：一种自动光圈设定，使明亮的主体不至于影响整体的曝光，向 PEAK （弱化）方向调节，会使感光度提高；设定成 AVERADE （平均）时感光度降低，AVERAGE 为一般的出厂设定。；

Angle of view 视角：摄影镜头拍摄的视场对角线角度称为视角，通常广角镜头具有较大的视角；而长焦镜头的视角则较窄；

Aperture 光圈：原意指镜头的开度。一般指控制镜头开度的装置，以控制通过镜头的通光量。光圈的大小可以是固定的或可变的。光圈的大小也决定着景深，使用较小的光圈（如： F/11 F/16 ）往往具有较大的景深；

Aspect Ratio 画幅比：指拍摄画面的纵横比，一般的 135 相机拍摄的画面是 24X36MM ，其画幅比为2：3 ；

Aspherical 非球面镜片：一种含有非球面表面的光学元件。目前有多种制造非球面镜片的方法，如：压铸成型，喷射铸造，复合成型等。这些工艺都依赖于高精度的制造技术。

Back focus (Back Focal Distant) 后焦距：从光学元件第 2 主点至焦平面的距离；

Barrel 镜筒：安装镜片及其他部件的桶型结构；

BBAR multi-coating： BBAR 即 BROAD-BAND ANTI-REFLECTIVE ，意为宽频率抗反射，这种技术能大大提高镜头的清晰度与色彩还原能力；

Depth of field 景深：对焦主体前后的那段清晰区域；

Field of view 视野：通过镜头拍摄到的最大区域；

Finder 取景器：相机上的取景装置，通过它，拍摄者可轻易地构图；

Fixed focal 定焦：该镜头只具有单一的焦距；

Fixed focus （ pan focus ）固定物距：该镜头的拍摄物距是固定的，不提供调焦能力；

Flank back （ FLANGE BACK FOCAL DISTANCE ）定位截距：镜头安装平面至焦平面的距离；

F-number (F/#)：F 值，表示光圈大小；

Focal length：镜头焦距；

Lens shade：镜头遮光罩 ；

Low dispersion (LD) hybrid aspheric element：低色散镜片，这是一种特殊的光学材料，简称： LD ，LD 镜片的作用是克服镜头固有的色散现象；

Minimun object distance：最近对焦距离，简称： MOD ；

Off-the-film-metering 焦平面测光：这是相机上的一种先进的测光方式，测光元件从焦平面直接读取光线数据；

Quad cam zoom：4 凸轮变焦机构。

Vignetting 渐晕：画面 4 角的黑角现象；

Wide angle lens：广角镜头。

远心镜头是平行光路设计，主要是为纠正传统工业镜头视差而设计，它可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会变化，即不会产生近大远小的情况，这对被测物体不在同一物面上的情况是非常重要的应用。

远心镜头适合检测有厚度孔径，对边缘提取要求高的测量应用、尺寸定位行业。

一、远心镜头与普通工业镜头拍摄小孔对比

 
图一用远心镜头拍摄的图像。远心镜头特有的平行光特性，确保孔径测量不会产生阴影，轮廓清晰、数据准确，不需要对图像做过多校正。

 
图二用普通镜头拍出来的图像。由于普通镜头存在的视觉，聚焦误差、孔径内壁易产生阴影，对于提取内孔边缘造成影响，数据不准确，精度不高。

二、远心镜头与普通工业镜头拍摄齿轮对比

左图为远心镜头拍摄齿轮，由于特有的远心特性，不存在视觉误差，确保所拍摄齿轮的孔径边缘和外齿轮边缘尺寸清晰，数据真实，不存在孔径内壁可见和外径畸变的现象，无需对图像校正。

右图由普通工业镜头拍摄齿轮，普通由于存在视觉误差，即：入光和成像光线不是平行光设计。镜头拍摄出来的图片，齿轮孔径的内壁可见，整个齿轮沿着中心凸起，孔径和外边沿数据不真实。需要很复杂的算法校正，并且拍摄的位置有偏差，图片也会跟着不一样，而远心镜头由于是平行光设计，不存在这样的问题。

三、远心镜头和普通工业镜头拍摄模具对比

左图，用普通的镜头拍摄，由于视觉误差和聚焦不准，所以在拍摄塑胶模具的透气孔时（红圈圈定），出现内壁可见，边缘提取不清晰，有阴影的现象，对识别造成影响，数据不准确。

右图，用远心镜头拍摄，由于远心镜头具有平行光的远心特性，不存在视觉误差，所以在拍摄塑胶模具的透气孔时（红圈圈定），内壁边缘清晰，数据准确。拍摄圆孔（绿色）时，孔边缘清晰，易于检测到毛刺，以及检测孔径大小等。

工业镜头的品牌繁多，主要分类方式无外乎以下几种：
 
按焦距划分：定焦和变焦

按光圈划分：固定光圈和可变光圈

按接口划分：C接口、CS接口、F接口等

按倍数划分：定倍镜头、连续变倍镜头

机器视觉行业常用到的很重要的镜头主要包括FA镜头，远心镜头和工业显微镜等。

对工业镜头的选择，我们首先必须先确定客户需求：

1、视野范围、光学放大倍数及期望的工作距离：在选择镜头时，我们会选择比被测物体视野稍大一点的镜头，以有利于运动控制。

2、景深要求：对于对景深有要求的项目，尽可能使用小的光圈；在选择放大倍率的镜头时，在项目许可下尽可能选用低倍率镜头。如果项目要求比较苛刻时，倾向选择高景深的尖端镜头。

3、芯片大小和相机接口 ：例如2/3”镜头支持最大的工业相机耙面为2/3”,它是不能支持1英寸以上的工业相机。

4、注意与光源的配合，选配合适的镜头 。

5、可安装空间：在方案可选择情况下，让客户更改设备尺寸是不现实的。

工业镜头的基本参数

视场(Field of view, 即FOV，也叫视野范围) ：指观测物体的可视范围，也就是充满相机采集芯片的物体部分。（视场范围是选型中必须要了解的）

工作距离(Working Distance,即WD):指从镜头前部到受检验物体的距离。即清晰成像的表面距离（选型必须要了解的问题，工作距离是否可调？包括是否有安装空间等）

分辨率：图像系统可以测到的受检验物体上的最小可分辨特征尺寸。在多数情况下，视野越小，分辨率越好。

景深 (Depth of view，即DOF)：物体离最佳焦点较近或较远时，镜头保持所需分辨率的能力（需要了解客户对景深是否有特殊要求？）

在评价自动化工业镜头质量时一般还会从分辨率、明锐度和景深等几个实用参数判断：

1.分辨率(Resolution)：又称鉴别率、解像力，指镜头清晰分辨被摄景物纤维细节的能力，鼎纳工业镜头分辨率的原因是光的衍射现象，即衍射光斑(爱里斑)。分辨率的单位是“线对/毫米“ (lp/mm)。
2. 明锐度(Acutance)：也称对比度，是指图像中最亮和最暗的部分的对比度。
3.景深(DOF)：在景物空间中，位于调焦物平面前后一定距离内的景物，还能够结成相对清晰的影像。上述位于调焦物平面前后的能结成相对清晰影像的景物间之纵深距离，也就是能在实际像平面上获得相对清晰影像的景物空间深度范围，称为景深。
4. 最大相对孔径与光圈系数：相对孔径，是指鼎纳工业镜头的入射光孔直径(用D表示)与焦距(用f表示)之比，即：相对孔径=D/ f 。相对孔径的倒数称为光圈系数(aperture scale)，又称为f/制光圈系数或光孔号码。一般镜头的相对孔径是可以调节的，其最大相对孔径或光圈系数往往标示在工业镜头上，如1:1.2或f/1.2 。如果拍摄现场的光线较暗或曝光时间很短，则需要尽量选择最大相对孔径较大的工业镜头。

工业镜头各参数间的相互影响关系
一支高性能的自动化工业镜头，在分辨率、明锐度、景深等方面都有很好的体现，对各种像差的校正也比较好。
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

百万像素镜头，也称高清镜头，即达到720P才可以称为百万像素镜头。工业镜头中的百万像素，首先这种命名方式其实并不科学，会给新接触视觉系统的人带来很多误解。例如经常会认为百万像素分辨率工业相机对应百万像素工业镜头，二百万像素分辨率工业相机对应二百万像素工业镜头，而五百万像素分辨率工业相机则对应五百万像素工业镜头。

其实工业镜头与工业相机对应的并不是工业相机自身的像素分辨率（像素数），而是各自的极限空间分辨率。按目前公开的性能指标来说，百万像素工业镜头对应的极限空间分辨率是90线对/mm，二百万像素工业镜头对应的空间分辨率是110线对/mm，五百万像素工业镜头对应的空间分辨率是160线对/mm，因此百万像素工业镜头配合相机的极限空间分辨率必须低于90线对/mm，二百万像素工业镜头和五百万像素工业镜头配合相机的原理也相同，而决定相机极限空间分辨率的并不是工业相机自身的像素分辨率，而是工业相机的单个像元尺寸大小。

百万像素镜头与普通镜头的区别

目前百万像素镜头有定焦镜头、手动变焦镜头、电动变焦镜头等几种。针对不同的行业应用，基本都有比较成熟的应用方案。百万像素镜头传感器面积大，普通镜头传感器面积小。那么百万像素镜头和普通镜头有什么区别呢？

　　一、清晰度不同

　　镜头在成像面中心的分辨率是最高的，在边缘的差之。普通镜头在中心分辨率可以基本满足清晰度的同时，边缘的清晰度降低很多，总体清晰度可满足普通摄像机44万像素的要求。

　　决定镜头清晰度的关键因素有三个：

　　1）镜片材质和纯度。镜片的杂质越少，其产生的干扰光线越少，画面清晰度更高；

　　2）镜片的研磨精度。镜片的研磨精度有研磨设备决定，目前国内镜头较国外镜头的差异就几种的这点上；

　　3）镜片的镀膜精度。对镀膜工艺的精确控制也是镜头清晰度的决定因素之一。另外百万像素镜头采用非球面镜片，可减低像差，在相对于普通镜头提高清晰度的同时做到了小型化的设计；通过特殊的光学设计技术，从图像中心到周边部分的画质实现高解像力、高对比度的画面，比传统镜头提高了大约2.5倍以上的解像力，即使是在图像剪切或放大功能时，依然能保证高画质。

　　二、光谱透射能力不同

　　镜头的光谱透射能力也有助于画面清晰度的提高。宽频率光线的透射，将大大提高摄像机靶面的受光量。可增强画面的对比度和亮度，对画面的细节表现更丰富。

　　三、光谱矫正能力不同

　　只有宽光谱的透射能力对于高清晰成像还远远不够，如果镜头的光谱矫正能力不足，反而将使部分波长的光不能准确的在摄像机靶面上成像，致使虚像的产生。这种技术是普通镜片通过镀膜无法实现的。

工业相机镜头的选择过程，是将工业相机镜头各项参数逐步明确化的过程。作为成像器件，工业相机镜头通常与光源、相机一起构成一个完整的图像采集系统，因此工业相机镜头的选择受到整个系统要求的制约。一般地可以按以下几个方面来进行分析考虑。

一、波长、变焦与否

工业相机镜头的工作波长是否需要变焦是比较容易先确定下来的，成像过程中需要改变放大倍率的应用，采用变焦镜头，否则采用定焦镜头就可以了。

关于工业相机镜头的工作波长，常见的是可见光波段，也有其它波段的应用。是否需要另外采取滤光措施？单色光还是多色光？能否有效避开杂散光的影响？把这几个问题考虑清楚，综合衡量后再确定镜头的工作波长。

二、特殊要求优先考虑

结合实际的应用特点，可能会有特殊的要求，应该先予明确下来。例如是否有测量功能，是否需要使用远心镜头，成像的景深是否很大等等。景深往往不被重视，但是它却是任何成像系统都必须考虑的。

三、工作距离、焦距

工作距离和焦距往往结合起来考虑。一般地，可以采用这个思路：先明确系统的分辨率，结合CCD像素尺寸就能知道放大倍率，再结合空间结构约束就能知道大概的物像距离，进一步估算工业相机镜头的焦距。所以工业相机镜头的焦距是和工业相机镜头的工作距离、系统分辨率（及CCD像素尺寸）相关的。

四、像面大小和像质

所选工业相机镜头的像面大小要与相机感光面大小兼容，遵循“大的兼容小的”原则——相机感光面不能超出镜头标示的像面尺寸——否则边缘视场的像质不保。  像质的要求主要关注MTF和畸变两项。在测量应用中，尤其应该重视畸变。

五、光圈和接口

工业相机镜头的光圈主要影响像面的亮度。但是现在的机器视觉中，最终的图像亮度是由很多因素共同决定的：光圈、相机增益、积分时间、光源等等。所以为了获得必要的图像亮度有比较多的环节供调整。

 工业相机镜头的接口指它与相机的连接接口，它们两者需匹配，不能直接匹配就需考虑转接。

六、成本和技术成熟度

如果以上因素考虑完之后有多项方案都能满足要求，则可以考虑成本和技术成熟度，进行权衡择优选取。

 例如，要给硬币检测成像系统选配工业相机镜头，约束条件：相机CCD 2/3英寸，像素尺寸4.65μm，C口。工作距离大于200mm，系统分辨率0.05mm。光源采用白色LED光源。

基本分析如下：  

1. 与白色LED光源配合使用的，镜头应该是可见光波段。没有变焦要求，选择定焦镜头就可以了。  

2. 用于工业检测，其中带有测量功能，所以所选镜头的畸变要求小。

3. 工作距离和焦距

成像的放大率M=4.65/（0.05x1000）=0.093

焦距f’=L*M/（M+1）=200*0.093/1.093=17mm  

物距要求大于200mm，则选择的镜头要求焦距应该大于17mm。

4. 选择镜头的像面应该不小于CCD尺寸，即至少2/3 英寸。

5. 镜头的接口要求是C口，能配合相机使用。光圈暂无要求。

从以上几方面的分析计算可以初步得出这个镜头的“轮廓”：焦距大于17mm，定焦，可见光波段，C口，至少能配合2/3英寸CCD使用，而且成像畸变要小。按照这些要求，可以进一步的挑选，如果多款镜头都能符合这些要求，可以择优选用。