延续之前的机器视觉系列文章，这里从应用的角度，介绍工业镜头部分的相关整理内容。
工业镜头是光、机、电技术的精密结合，光学系统由若干透镜（或反射镜）组成，以构成正确的物象关系，并确保获得正确、清晰的影像，其是镜头的核心；而机械装置包括固定光学元件的零件（如镜筒、透镜座、压圈、连接环等）、镜头调节机构（如光圈调节环、调焦环等）、连接机构（比如常见的C接口、CS接口）等。此外，也有些镜头有自动调光圈、自动调焦或感测光强度的电子结构。其用于聚焦光线在相机内部成像，其作用是产生锐利的图像，以得到被测物的细节。
按照实际用途可分为FA镜头、远心镜头、M12镜头：
①FA就是Factory Automation，工厂自动化，指用于工厂自动化的镜头，简称工业镜头。
②远心镜头主要是为纠正传统工业镜头视差而设计的，它可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍数不会变化，这对被测物体不在同一物面上的情况是非常重要的。远心镜头由于其特有的平行光路设计，一直被对镜头畸变要求很高的计算机视觉应用场合所青睐。
有时为了追求高精度，还会使用双远心镜头，其能比普通远心镜头提供远高的测量准确性，其入射和出射光瞳均投射到无限远处，其畸变系数为普通镜头的1/20，一般小于0.1%。
③M12镜头是小螺纹口径镜头，整体尺寸都要远小于FA镜头和远心镜头，主要用于嵌入式视觉和板卡式相机。
按照焦距类型，FA镜头还可进一步分为定焦镜头、变焦镜头、鱼眼镜头和微距镜头：
①定焦镜头特指只有一个固定焦距的镜头，它只有一个焦段，或者说只有一个视野，没有变焦功能。定焦镜头的设计相对变焦镜头而言要简单得多，但一般变焦镜头在变焦过程中对成像会有所影响，而定焦镜头的优点是对焦速度快，成像质量稳定。对于使用定焦镜头的数码相机，它所拍摄的运动物体图像清晰而稳定，对焦非常准确，画面细腻，颗粒感非常轻微，测光也比较准确。
②变焦镜头通过镜头中镜片之间的相互移动，使镜头的焦距在一定范围内变化，从而在无需更换镜头的情况下，使相机既可获得全景图像，又可获得局部细节图像。通过变换焦距，得到不同宽窄的视场角、不同大小的影像和不同景物范围的相机镜头。变焦镜头在不改变拍摄距离的情况下，可以通过变动焦距来改变拍摄范围，因此非常有利于画面构图。
【其实变焦镜头很好用，就是价格太贵…】
③鱼眼镜头是一种视角接近或等于180°的镜头，是一种极端的广角镜头。它的视角力求达到或超出人眼所能看到的范围，因此，鱼眼镜头与人们眼中的真实世界的景象存在很大的差别，我们在实际生活中看见的景物是有规则的固定形态，而通过鱼眼镜头产生的画面效果则超出了这一范畴。其主要用于制作基于现实场景的全景图象。
④微距镜头是一种用作微距摄影的特殊镜头，主要用于拍摄十分细微的物体，力求将目标的细节尽可能详尽的呈现出来。其主要用于平面物体（文件、照片、绘画等）的翻拍复制。
此外还有沙姆镜头，其镜头沿着图像的横轴或纵轴倾斜，透视镜头和远心镜头两种形式都有，用于激光三角测量等需要相机倾斜拍摄目标的应用中。
由于在实际机器视觉中，使用最多的就是FA定焦镜头，这里只讨论FA定焦镜头的主要参数。
①焦距f：其是镜头到焦点的距离，是镜头的重要性能指标。镜头焦距的长短决定着拍摄的成像大小、视场角大小、景深大小和画面的透视强弱。焦距越大成像越大。根据透镜的用途不同，焦距的大小也不同，常见的工业镜头焦距有5mm、8mm、12mm、16mm、25mm、35mm、50mm、75mm等。其计算公式为：
式中，WD为工作距离（物距）。
②光圈系数（相对孔径）：其计算公式为：
相对孔径的倒数就是光圈系数，光圈系数一般以F数来表示。例如，如果镜头的相对孔径是1:2，那么其光圈系数就是F2.0，相机的镜头上都会标写这一指标。常用的光圈系数为F1.4、F2.0、F2.8、F4.0、F5.6、F8.0、F11.0、F16.0、F22.0等几个等级。光圈系数的标称值越大，光圈越小，在单位时间内的通光量越小。有些视觉系统为了增加镜头的可靠性和降低成本，采用定光圈设计，即当光圈不能改变时，通过调整光源强调或相机增益来调整图像亮度。
对照度要求不高、使用手动光圈的高清相机可考虑将光圈稍缩小一点。
③靶面尺寸：镜头靶面尺寸是指镜头成像直径可覆盖的最大感光芯片尺寸，主要有1/2英寸、2/3英寸、1英寸和1英寸以上。
④接口：其是镜头与相机的连接方式，常用的接口包括C、CS、F、V、T2等。
⑤像差（比如畸变、场曲等），在机器视觉应用中最为关键的像差是畸变（变形率）和场曲（对于传感器接配的镜头来说，该参数已被严格校正）。畸变会影响测量结果，特别是在精密测量中，必须通过软件进行标定和补偿。
⑥分辨率：其代表镜头记录物体细节的能力，是指在成像平面上1mm间距内，可分辨开的黑白相间的线条对数，单位是“线对/mm”。镜头的分辨率越高，成像越清晰。镜头的分辨率不能和相机的分辨率混为一谈。
一般要求像面分辨率要大于1/(2*单个像元尺寸<单位取mm>)以上，单位线对/mm，1/2英寸的相机靶面需要镜头的最低分辨率为38线对/mm，1/3英寸的靶面需要镜头的最低分辨率为50线对/mm，相机的靶面越小，对镜头的分辨率要求越高。
⑦数值孔径NA：其用以衡量镜头能够收集的光的角度范围。其计算公式为：
式中，n为镜头工作介质的折射率，空气中n=1.0；a为光进入镜头时最大孔径锥角。数值孔径与分辨率及光学放大倍数成正比。也就是说，数值孔径直接决定了镜头的分辨率，数值孔径越大，分辨率越高，否则分辨率越低。
⑧视场FOV：其指镜头实际拍到的区域范围，其计算公式为：
式中，f为焦距；WD为工作距离。
⑨光学放大倍数M：其等于芯片尺寸除以视场，其计算公式为：
⑩工作距离WD：即物距，指镜头最下端机械面到被测物体的距离。由于有些系统工作空间很小，因而要求镜头有较小的工作距离；但有的系统在镜头前需要安装光源或其他工作装置，因而必须有较大的工作距离保证空间。需要的工作距离越大，保持小视野的难度和成本就越高。
注意，计算景深时还会使用对焦距离，对焦距离包括工作距离、镜头长度、相机法兰距这3部分的长度。
⑪后焦距：指相机接口平面到芯片的距离。简单来说，当安装上标准镜头（标准C/CS接口镜头）时，后焦距是使被拍摄物体的成像恰好在CCD图像传感器的靶面上的距离。在对线扫描镜头或大面阵相机的镜头选型时，后焦距是一个非常重要的参数，它直接影响镜头的配置。一般工业相机在出厂时都对后焦距做了适当的调整，因此，在配接定焦镜头的应用场合，一般不需要调整工业相机的后焦距。而在有些应用场合，如出现当镜头对焦环调整到极限位置仍不能使图像清晰时，如果镜头接口正确，则需要对工业相机的后焦距进行调整。
⑫弥散圆直径δ：用于计算镜头景深所需要的参数。不同的厂家对容许弥散圆直径有不同的定义，一般给定参数为，芯片尺寸24mm36mm对应弥散圆直径0.035mm，6cm9cm对应0.0817mm，4”5”对应0.146mm。通常情况下，肉眼分辨率为二千分之一至五千分之一。人眼在明视距离（眼睛正前方30厘米）能够分辨的最小的物体大约为0.125mm。所以，弥散圆放大在7寸照片（这是个常用尺寸）也只能是0.125mm以内，也就是图像对角线长度的1/1730左右。这个1/1730左右的容许弥散圆大小对于任何大小的底片或者