在搭建高性能机器视觉系统的复杂工程里，相机与镜头之间的协同配合，犹如精密钟表内相互契合的齿轮，是确保系统高效运行的关键所在。虽然我们的核心聚焦点是相机，但凭借长年累月积累的丰富经验，在此将为您呈上一份精心准备的镜头选择基础攻略。

从实际应用角度出发，机器视觉镜头大致可被非官方地归纳为两个主要类别：镜头视野（图像大小）显著大于相机传感器尺寸、镜头视野范围相对较小，或与相机传感器尺寸接近。

当视野（图像大小）远大于相机传感器尺寸

在这类应用情境中，视场（FOV）的范围极为宽泛，小到 20 - 30 毫米，大则可达 100 米（常见于户外应用场景）。适配此类应用的镜头，具备固定焦距或可变焦距两种类型。

在挑选镜头的过程中，有三个关键因素不容忽视：

视野：明确所需观察的范围大小，这将直接影响到镜头的选型。

工作距离：即相机与被观察物体之间的距离，它对成像效果和镜头参数有着重要影响。

相机的传感器尺寸：不同尺寸的传感器与镜头搭配，会产生不同的成像结果。

所采集图像的放大倍数遵循这样的计算公式：放大倍数 =（相机的传感器尺寸）/（视场）

为了估算适用于您特定应用场景的镜头焦距，可运用以下公式：焦距 =（放大倍数）*（工作距离）/（1 + 放大率）

不妨来看一个具体例子：Adimec Opal - 2000 相机配备的是 2/3“尺寸的传感器。假设某一应用要求相机观察水平方向 50mm 的视场，且工作距离设定为 200mm。依据上述公式，我们便能对适配该应用的镜头进行估算。

已知：

视场（FOV） = 50mm

传感器尺寸 = 8.8mm（基于 2/3“传感器规格）

工作距离 = 200mm

首先计算放大倍数：放大倍数 = 8.8mm / 50mm = 0.176

进而估算焦距：焦距 = 0.176 * 200mm / (1 + 0.176) ≈ 29.93mm

然而，实际市场上的镜头焦距是标准化的，很难找到恰好为 29.93mm 的镜头。此时，您主要有以下三种可选方案：

选用 25mm 镜头：这种选择能够为您的应用提供更广阔的视野，但需以牺牲一定的分辨率为代价。在某些对分辨率要求相对不高，但更注重观察范围的场景中，这或许是个可行的办法。

选择 35mm 镜头：通过这种方式，您需要相应增加工作距离（即增大相机和镜头与被观察物体之间的距离）。这在一些允许调整相机位置，且对成像质量和视野范围有特定要求的应用中，不失为一种有效的解决途径。

选用 25 毫米镜头并添加扩展环：不过，在这种情况下，精确计算并挑选合适的扩展环成为另一个需要慎重考虑的因素。扩展环的选择不当，可能会对成像效果产生负面影响。

当视野较小或接近相机传感器尺寸

这类镜头的放大倍数范围大致在图像传感器的 0.01 倍到几百倍之间。大多数此类应用倾向于使用远心镜头，因其能够提供极低的失真率，并近乎精确地复制图像。需要注意的是，远心镜头极少甚至从不应用于大视场场景，原因在于为了实现低失真效果，物理镜头的尺寸必须与所观察的图像大小相近，这在大视场情况下并不现实。这些镜头通常依据放大倍率（图像尺寸 / 传感器尺寸）来进行规格设定，并且其工作距离通常由镜头制造商严格限定。要确定一款合适的镜头，您需要先计算出恰当的放大率，然后挑选最契合您需求的放大率规格镜头。

其他重要考量因素

无论是上述哪种情况，单纯选择满足计算结果的最便宜镜头，并非明智之举。如此操作，您很可能会对最终成像的清晰度大失所望。实际上，此时您需要使镜头的分辨率与图像传感器 / 相机的质量相匹配。每款相机都具备特定的像素间距，以 Adimec 蛋白石系列相机为例，其像素间距为每像素 5.5 微米。调制传递函数用于表征镜头的解析能力（即每毫米能够成像细节的能力），它主要通过每毫米给定线对下通过透镜的光线量来体现。

对于像素间距为 5.5um 的相机而言，每毫米 90 对线（依据公式 1 /（2 * 5.5um）可得出每毫米线对数）是实现最佳清晰度所需的最小（同时也是最大，因为超出此数值传感器也无法分辨）数值。若镜头的线对数超过 90lp /mm，不仅对成像提升并无实际帮助，因为传感器无法 “捕捉” 到更多细节，反而会大幅增加镜头成本。

倘若您所选用的镜头解析能力优于 90lp /mm，那么为了避免图像中出现锯齿或波纹效果，您需要在镜头与传感器之间加装一个光学低通滤镜，以此来限制镜头的解析力，确保成像质量的稳定性和清晰度。

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