不同的應(yīng)用肯定是有不同的鏡頭技術(shù)需求，比如安防PTZ相機(jī)有變焦鏡頭的需要，而大部分機(jī)器視覺和車載應(yīng)用是沒有這種需求的，我們就先從共性的指標(biāo)來說如何為成像系統(tǒng)選鏡頭。下面凱茉銳小編為您介紹：

首先要明確相機(jī)image sensor有多大，我們經(jīng)常聽說sensor的大小是幾分之一英寸，如下圖所示：

sensor一般都是矩形，長寬比有4：3，3:2 等比例。對(duì)角線的長度就是前面所說的若干分之一英寸（也有大于1英寸）。如上圖，一英寸對(duì)應(yīng)sensor尺寸是長邊12.8mm，短邊9.6mm，對(duì)角線長度是16mm。這個(gè)地方就很讓人費(fèi)解，1英寸換算成公制毫米單位是25.4mm，為什么這里1英寸的sensor對(duì)角線長是16mm，不是25.4mm？

圖像傳感器的尺寸是沿襲于顯像管工業(yè)，過去顯像管的尺寸除了有效的顯示部分，還包括周圍的寬邊。

所以1英寸的顯像管，其顯示區(qū)域?qū)蔷€長只有16mm。這樣的傳統(tǒng)被image sensor工業(yè)繼承了下來，所有image sensor的尺寸都比標(biāo)稱的數(shù)值是縮水的。sensor的標(biāo)稱尺寸（英寸）與mm的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：也就是小于1/2英寸的情況，除1.4111，大于等于1/2英寸的情況，除1.5875。

sensor說明書上會(huì)標(biāo)示出對(duì)角線尺寸，1英寸叫type 1，1/2.3" 就叫type 1/2.3。

為什么Sensor廠要提供這個(gè)type數(shù)值呢？目的就是為了給設(shè)計(jì)者匹配合適的鏡頭卡口作為參考。在工業(yè)相機(jī)，機(jī)器視覺相機(jī)，車載相機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，我們經(jīng)常不是直接為某個(gè)sensor設(shè)計(jì)一個(gè)新鏡頭，而是會(huì)從鏡頭廠提供已有的鏡頭里選一個(gè)，就可以在已經(jīng)知道sensor type（format）的情況下，選擇合適的鏡頭卡口，這樣你就可以把現(xiàn)成的鏡頭買來，配上法蘭盤，組裝自己的相機(jī)。在加上一些卡口轉(zhuǎn)換環(huán)之后，有些接口也可以在三種之間轉(zhuǎn)換。

對(duì)于成像系統(tǒng)，物平面經(jīng)過鏡頭匯聚成像于像平面，我們選鏡頭的第一個(gè)要求就是要確保image circle 要大于sensor的尺寸。如果小于，就會(huì)出現(xiàn)暗角。由于安裝時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生偏差，所以一般都會(huì)選擇image circle略大于sensor尺寸。成像系統(tǒng)的工作狀態(tài)總是受限在一定的距離范圍內(nèi)和角度內(nèi)，圖像質(zhì)量也受這些指標(biāo)的限制。這就需要選取鏡頭的FOV和焦距，在選擇鏡頭時(shí)，一方面要考慮FOV覆蓋的范圍，一方面要平衡考慮圖像質(zhì)量的因素。

鏡頭CRA與sensor CRA的匹配是另一個(gè)選擇鏡頭要考慮的因素。

鏡頭的光圈是另一個(gè)要考量的因素，大光圈會(huì)有比較高的通光量，但是會(huì)造成景深比較小，小光圈反之,安防和工業(yè)相機(jī)的一些鏡頭是配有可變光圈的，車載還有機(jī)器視覺領(lǐng)域往往用固定光圈的鏡頭，鏡頭光圈一般選擇在F2.8到F1.6之間。

從工程實(shí)踐上說，現(xiàn)在鏡頭廠會(huì)給一個(gè)鏡頭的解析力指標(biāo)，一般都是以lp/mm為單位。比如廠家給了一款鏡頭的解析力是100lp/mm，也就是說該鏡頭在1mm的空間上可以解析100個(gè)線對(duì)，也就是相距10um的物體可以被分辨。解析力越高，鏡頭可分辨的物體距離越小，當(dāng)然鏡頭也就越貴。從sensor的角度，sensor的pixel越小，sensor的分辨率越高。

如果sensor的pixel pitch是2.5um，那么在1mm的空間是可以放200對(duì)像素（1000/（2.5x2）），理論上就可以配合200lp/mm解析力的鏡頭。所以根據(jù)這種計(jì)算方法，就可以選擇合適解析力的鏡頭。在實(shí)際工程應(yīng)用上，往往會(huì)考慮更多的因素，比如成本等等來綜合選擇。

選型考量是相機(jī)的工作波段，我們往往覺得這只和sensor的感光波段有關(guān)，比如可見光RGBsensor，IR紅外sensor，多光譜sensor等等。相機(jī)的工作波長同時(shí)也影響鏡頭選型。

鏡頭性能隨著工作波長有著顯著變化，比如在(UV)、可見光 (VIS)、近紅外 (NIR)、短波紅外 (SWIR) 或高光譜 (HS)這些不同的波段上，鏡頭的optical abrration和頻率響應(yīng)變化很大。比如你拿一個(gè)可見光用的鏡頭用在紅外相機(jī)上，由于縱向焦點(diǎn)偏移高達(dá) 100 μm，你得到的圖像很可能就是糊的。所以在設(shè)計(jì)非可見光成像時(shí)，不要自行憑感覺憑經(jīng)驗(yàn)選鏡頭，一定要和鏡頭供應(yīng)商討論清楚，避免掉坑。

注：轉(zhuǎn)載微信公眾號(hào)《大話成像》