– D：镜头中光线能通过的圆孔直径，D越大，通过 ：镜头中光线能通过的圆孔直径，D 的光线越多，图像越亮 – 如f＝50mm，D=9.8,F＝9.8/50=1/5.6.我们在镜头上 50mm，D=9.8,F＝9.8/50=1/5.6.我们在镜头上 看到的相对孔径是F 看到的相对孔径是F的倒数
v 视场角2ώ 视场角2
– 获得镜头至物体的距离，WD，如果可能，是一个 获得镜头至物体的距离，WD，如果可能，是一个 距离范围，取中间值； – 计算图像放大倍数PMAG； 计算图像放大倍数PMAG； – 使用WD和 PMAG计算所需的焦距； 使用WD和 PMAG计算所需的焦距； – 选取最接近计算值镜头规范的焦距值； – 根据规范焦距值重新核算镜头至物体的距离WD。 根据规范焦距值重新核算镜头至物体的距离WD。
镜头的选择（1）
v 镜头的选择主要取决于f 镜头的选择主要取决于f
PMAG = H SensorSize( mm ) = i FieldOfView( mm ) H 0
WD * PMAG f = 1 + PMAG
v PMAG－镜头放大倍数，可>1,也 PMAG－镜头放大倍数，可>1,也 可<1,一般镜头PMAG<1, <1,一般镜头PMAG<1, v H0－视野高度 v Hi－相机有效成像面高度，相机 成像面一般为4 成像面一般为4：3长方形 v LE－镜头像平面扩充距离，为实 LE－镜头像平面扩充距离，为实 现聚焦，像平面必须后移的距离 LE = D i − f = PMAG * f
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镜头选择（3）
v其它参考因素：分辨率、景深 v分辨率：分辨相同宽度的黑白间隔线对的 能力，单位为1p/mm；或全图的像元数。 能力，单位为1p/mm；或全图的像元数。 v光圈对分辨率和景深的影响是相反的
v 按等效焦距分：
– 广角镜头（<50mm，特点：WD短，景深大，视角 广角镜头（<50mm，特点：WD短，景深大，视角 大，桶形失真) 大，桶形失真) – 长焦距镜头（>200mm，特点：WD长，枕形失真） 长焦距镜头（>200mm，特点：WD长，枕形失真） – 中焦镜头（50mm左右，畸变校正效果较好） 中焦镜头（50mm左右，畸变校正效果较好） – 远心镜头（适应相同尺寸、不同远近物体成像） – 微距镜头（拍摄较小物体，具有很大的PMAG） 微距镜头（拍摄较小物体，具有很大的PMAG）
– 一般而言，光圈变大，分辨率增高，景深减小； – 光圈变小，分辨率降低，景深增加
v普通相机可配一般的镜头（50 1p/mm）， 普通相机可配一般的镜头（50 1p/mm）， 高档相机应配高档镜头（>1001p/mm) 高档相机应配高档镜头（>1001p/mm)
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镜头的分类
v 按接口分：
– 按镜头定位面到成像面的距离分为：
►C-MOUNT（17.5mm）（不兼容CS接口） MOUNT（17.5mm）（不兼容CS接口） ►CS-MOUNT（12.5mm）（兼容C接口） CS-MOUNT（12.5mm）（兼容C ►单反镜头（35mm） 单反镜头（35mm）
– 决定在成像面上良好成像的空间范围。当f一定时， 决定在成像面上良好成像的空间范围。当f 视场角越大，成像也越大；当成像面尺寸一定时， 焦距越长，视场角越小。如广角镜头、望远镜头。
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摄像镜头的特性
v 焦距f：决定物体在成像面上大小。f越大，成 焦距f：决定物体在成像面上大小。f 像也越大。f从几mm到数十米不等 像也越大。f从几mm到数十米不等 v 光圈，相对孔径F＝D/f 光圈，相对孔径F
v 现举例说明选择镜头的过程。
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v 假设视场的高度为30cm，摄像机传感器高度为4.8mm，镜 假设视场的高度为30cm，摄像机传感器高度为4.8mm，镜 头放大倍数为： PMAG=4.8mm／ PMAG=4.8mm／30cm=0.016 v 物体至镜头的距离在0.5m至1m范围内，使用中间值0.75m， 物体至镜头的距离在0.5m至1m范围内，使用中间值0.75m， 计算： WD * PMAG 750 * 0.016 f = = = 11.81mm 1 + PMAG 1 + 0.016 v 在镜头的规范焦距：8mm、12.5mm、16mm、25mm和 在镜头的规范焦距：8mm、12.5mm、16mm、25mm和 50mm五档内，12.5mm最接近计算结果，选择最接近的 50mm五档内，12.5mm最接近计算结果，选择最接近的 12.5mm镜头，使用此值核算该镜头到物体的距离WD： 12.5mm镜头，使用此值核算该镜头到物体的距离WD： v WD=f(1+PMAG)／PMAG=12.5mm× WD=f(1+PMAG)／PMAG=12.5mm× （1+0.016)/0.016=703mm v 镜头的扩充距离LE＝f×PMAG＝0.2mm 镜头的扩充距离LE＝ PMAG＝
2. 镜头
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2. 镜头
v 镜头将三维被测物体和它周围的环 境光学成像并投影在相机的二维图 像传感器平面上，一般这个平面是 长宽比为4 长宽比为4．3的矩形，我们称这个 矩形为成像面。
– FOV（Field of View）：和成像面中 FOV（ View）：和成像面中 的图像对应的物体平面被称作视野 – 工作距离WD (Work Distance） ：被 工作距离WD Distance） 测物体到镜头的距离称为工作距离。 – 景深：以镜头最佳聚焦时的WD为中 景深：以镜头最佳聚焦时的WD为中 心，前后存在一个范围，在此范围内 能获得清晰的图像，这个范围被称为 景深(Depth Fie1d)。 景深(Depth of Fie1d)。
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镜头选择（2）
v 镜头规范焦距：8mm、12.5mm、16mm、 镜头规范焦距：8mm、12.5mm、16mm、 25mm等 25mm等 v 普通镜头选择过程：