科普：机器视觉工业镜头专业术语详解（图）
机器视觉系统中，镜头相当于人的眼睛，其主要作用是将目标的光学图像聚焦在图像传感器（相机）的光敏面阵上。视觉系统处理的所有图像信息均通过镜头得到，镜头的质量直接影响到视觉系统的整体性能。下面对机器视觉工业镜头的相关专业术语做以详解。
一、远心光学系统：
指主光线平行于镜头光学轴的光学系统。而光从物体朝向镜头发出，与光学轴保持平行，甚至在轴外同样如此，则称为物体侧远心光学系统。光从镜头朝向影像，与与光学轴保持平行，甚至在轴外同样如此，则称为影像侧远心光学系统。
二、远心镜头：
远心镜头指主光线与镜头光源平行的镜头。有物体侧的远心，成像侧的远心，两侧的远心行头等方式。
通常的镜头
主光线与镜头光轴有角度，因此工件上下移动时，像的大小有变化。
两方远心境头
主物方，像方均为主光线与光轴平行
光圈可变，可以得到高的景深，比物方远心境头更能得到稳定的像
最适合于测量用图像处理光学系统，但是大型化成本高
物方远心境头
只是物方主光线与镜头主轴平行
工件上下变化，图像的大小基本不会变化
使用同轴落射照明时的必要条件，小型化亦可对应
像方远心境头
只是像方主光线与镜头光轴平行
相机侧即使有安装个体差，也可以吸收摄影倍率的变化
用于色偏移补偿，摄像机本应都采用这种镜头
三、远心光学系统的特色：
优点：更小的尺寸。减少镜头数量，可降低成本。
缺点：上下移动物体表面时，会改变物体尺寸或位置。
优点：上下移动物体表面时，不会改变物体尺寸或位置。使用同轴照明时。可使用更小的尺寸。
缺点：未使用同轴照明时，大于标准镜头的尺寸。
优点：与MML相似，但镜头凸缘后端的尺寸出现极大差异时，会改善精确度。
缺点：与MML相似，但成本比MML更高。
四、远心：
Telecentricity是指物体的倍率误差。倍率误差越小，Telecentricity越高。Telecentricity有各种不同的用途，在镜头使用前，把握Telecentricity很重要。远心镜头的主光线与镜头的光轴平行，Telecentricity不好，远心镜头的使用效果就不好；Telecentricity可以用下图进行简单的确认。
五、分辨率（μm）：
光学系能力的尺度，表示黑白格状图案通过镜头观察时，1mm中可以分辨观察到黑白条纹的最多对数。分辨率为两点间在无法识别前，能靠近的最近距离测量值，例如1μm的分辨率代表两点间在无法识别前，能靠近的最近距离为1μm。以下为根据镜头的无相差光衍射情况计算理论分辨率的公式。
六、分辨力(Lines／mm)：
分辩力指黑白网线图镜头里影像内1mm面积，可识别的黑白两色条纹数。分辨力的单位为线条/mm，例如100线条/mm代表可识别黑白间距1/100mm(10μm)。黑白线条的宽度为1/200mm(5μm)。
七、水平TV分辨率（TV线条）：
宽度里的黑白水平线总条数，相当于电视机屏幕垂直高度的高度值。屏幕的垂直与水平长度比率通常为3:4，因此水平宽度里的总条数为3/4。电视机水平分辨率为240TV条线，电视机屏幕水平宽度的总条数为320条线。测量镜头的分辨率时，一组黑色与白色线条应视为一条线，但是在电视机分辨率线条方面，一组视为2TV线条。
八、失真（%）：
失真为光学轴外的直型物体，呈现曲线时的镜头像差。镜头失真也称为镜头畸变，即光学透镜固有的透视失真的总称，可分为枕形失真和桶形失真，直线朝向中心的失真情况为枕形失真(Pincushion Distortion），向外扩张的失真称为桶形失真(Barrel Distortion)。如下图示：
九、TV失真（%）：
TV屏幕上的影像失真。数值越接近零，牲能越高。
十、电视失真：
实际边长的歪曲形状与理想的形状的百分比算出的值。
十一、孔径效率边际光量（%）：
孔径效率为使用镜头拍摄均匀亮度的物体时，成像盘光学轴与四周区域之间的亮度差异，单位为百分比（%），假设中央亮度为100，为镜头的光学特征之一。
十二、遮蔽（%）：
遮蔽为使用镜头与CCD-TV镜头拍摄均匀亮度的物体时，电视机屏幕中央与边缘之间的亮度差异，单位为百分比（%）。通常使用受光组件与CCD组件的功率比计算此百分比。遮蔽意指镜头与TV镜头的整体表现，可使用远心光学系统以缩小遮蔽的情况。
十三、色差：
在镜头光学统中，形成影像的位置与影像放大倍率随光线波长的不同而不同。不同波长的光线有不同的颜色，这叫做色彩失真。光学轴上的失真叫做色彩失真。放大倍率的差异则叫做放大倍率色彩失真。
十四、工作距离（WD）（mm）：
工作距离指镜头第一个工作面到被测物体的距离。
十五、物像间距离O/I（Object to Imager）
OI指物体到结像平面的距离。
十六、焦距f（mm）后焦距/前焦距
焦距为光学系统的主光点到焦点的距离。从最后一片镜头的顶点到后焦点的距离，为后焦距。从第一片镜头的顶点到前焦点的距离，为前焦距。
十七、景深：
深度为与物体从最佳焦点前后移动时．出现最锐利焦点的最近点与最远点之间的距离。物体侧的深度范围称为景深。同样，照相机侧的范围称为焦点深度。具体的景深的值多少略有不同。景深（Depth of Field）可以用以下的计算式计算出来：
景深 = 2 x Permissible COC x 实效F / 光学倍率2 = 允许误差值 / (NA x 光学倍率)(使用的是0.04mm的Permissible COC)
通过镜头的影像理论土会形成点状。清晰影像上出现可接受的摸糊情况，称为可接受的弥散圆。
十八、焦深：
深度为当CCD从最佳焦点前后移动时，出现最锐利焦点的最近点与最远点之间的距离。影像侧的深度范围称为焦深。
十九、后截距（mm）：
从镜头安装座盘前端到影像的距离。
二十、C安装座规格：
二十一、数值孔径 NA，NA'：
当物体在入射光孔上产生的半角为u，且折射率为n，n x sinu为物体侧数值孔经（NA）。
当物体在出射光孔上产生的半角为u'，且折射率为n'，n' x sinu' 为影像侧数值孔径{NA'）。
NA=n x sinu NA'=n' x sin u'
NA越高，镜头的分辨率与亮度越佳。如下图所示 入射角度 u, 物体侧折射率n, 成像侧的折射率' n'：NA = NA' x 放大率
对于Macro镜头，NA =M/2 xF NA' = 1/2 xF NA=NA' x光学倍率 NA'=NA x光学倍率
二十二、F值F No：
此值指镜头的亮度。将镜头对焦距离除以物体侧的有效直径（入射光孔直径Dmm)，即可得到此数值，也可使用NA与镜头的光学放大倍率(β)计算。数值越小，镜头越明亮。
F No=焦距/入射孔径或有効口径=f／D
二十三、有效F No：
此值为具体在有限距离内的镜头亮度，指实际操作时的亮度。光学放大倍率越高(β)，镜头越暗。
实效F = (1 +光学倍率) x F#，实效F = 光学倍率 / 2NA
二十四、光学放大倍率β：
二十、C安装座规格：
二十一、数值孔径 NA，NA'：
当物体在入射光孔上产生的半角为u，且折射率为n，n x sinu为物体侧数值孔经（NA）。
当物体在出射光孔上产生的半角为u'，且折射率为n'，n' x sinu' 为影像侧数值孔径{NA'）。
NA=n x sinu NA'=n' x sin u'
NA越高，镜头的分辨率与亮度越佳。如下图所示 入射角度 u, 物体侧折射率n, 成像侧的折射率' n'：NA = NA' x 放大率
对于Macro镜头，NA =M/2 xF NA' = 1/2 xF NA=NA' x光学倍率 NA'=NA x光学倍率
二十二、F值F No：
此值指镜头的亮度。将镜头对焦距离除以物体侧的有效直径（入射光孔直径Dmm)，即可得到此数值，也可使用NA与镜头的光学放大倍率(β)计算。数值越小，镜头越明亮。
F No=焦距/入射孔径或有効口径=f／D
二十三、有效F No：
此值为具体在有限距离内的镜头亮度，指实际操作时的亮度。光学放大倍率越高(β)，镜头越暗。
实效F = (1 +光学倍率) x F#，实效F = 光学倍率 / 2NA
二十四、光学放大倍率β：
二十五、光学倍率：
放大倍率（Magnification）指的是通过镜头的调整能够改变拍摄对象原本成像面积的大小。光学倍率就是通过光学镜头变倍的放大倍率。主要点与成像的关系：放大率是指成像大小与物体的比。
二十六、电子放大倍率：
电子放大倍率为影像在显示器屏幕上显示时与在CCD上显示相比的放大倍率。
二十七、显示器放大倍率：
显示器放大倍率为通过镜头在显示器呈现物体的放大倍率。
显示器放大倍率=(光学放大倍率β) x (电子放大倍率)
(计算范例) 光学放大倍率=02x，CCD尺寸1/2"(对角线8mm)，显示器1/4"：
电子放大倍率=14 x25.4/8=44.45
显示器放大倍率=0.2x44.45=8.89(倍) (1英寸=25.44mm)
※有时根据TV监视器的扫描状态，以上的简易计算将有一些变化。
二十八、视野(FOV)：
视野指使用照相机以后看到的物体侧的范围。
照相机有效区域的纵向长度（V）/光学倍率（M）＝视野（V）
照相机有效区域的横向长度（H）/光学倍率（M）＝视野（H）
照相机有效区域的纵向长度（V）or（H）=照相机一个画素的尺寸×有効画素数（V）or（H）来计算。
（计算范例) 光学放大倍率=0.2x，CCD尺寸1／2"（长4.8mm，宽6.4mm}：
视野尺寸 长度=4.8／0.2=24(mm)
宽度=6.4／0.2=32{mm)
二十九、解析度：
表示了所能见到了2点的间隔0.61x 使用波长(λ)/ NA=解析度(μ),以上的计算方法理论上可以计算出解析度，但不包括失真。※使用波长为550nm
三十、解像力：
１mm中间可以看到黑白线的条数。单位（lp）/mm
三十一、MTF（Modulation Transfer Function）：
成像时再现物体表面的浓淡变化而使用的空间周波数和对比度。
三十二、成像圈：
成像尺寸φ，要输入相机感应器尺寸
三十三、照相机 Mount：
C-mount: 1" diameter x 32 TPI: FB: 17.526mm，CS-mount: 1" diameter x 32 TPI: FB: 12.526mm，F-mount: FB:46.5mm，M72-Mount: FB 厂家各有不同。
三十四、边缘亮度：
相对照度是指中央的照度与周边的照度的百分比。
三十五、通风盘及解析度：
Airy Disk（通风盘）是指通过没有失真的镜头在将光集中一点时，实际上形成的是一个同心圆。这个同心圆就叫做Airy Disk。Airy Disk的半径r可以通过以下的计算公式计算出来。这个值称为解析度。ｒ= 0.61λ/NA Airy Disk的半径随波长改变而改变，波长越长，光越难集中于一点。 例：NA0.07的镜头 波長550nm r=0.61*0.55/0.07=4.8μ
三十六、 MTF 及解析度：
MTF（Modulation Transfer Function) 是指物体表面的浓淡变化，成像侧也被再现出来。表示镜头的成像性能，成像再现物体的对比度的程度。测试对比性能，用的是具有特定空间周波数的黑白间隔测试。空间周波数是指１mm的距离浓淡变化的程度。
图1所示，黑白矩阵波，黑白的对比度为100%.这个对象被镜头摄影后，成像的对比度的变化被定量化。基本上，不管什么镜头，都会出现对比度降低的情况。最终对比度降低至0%。，不能进行颜色的区别。
图2、图3显示了物体侧与成像侧的空间周波数的变化。横轴表示空间周波数，纵轴表示亮度。物体侧与成像侧的对比度由A、B计算出来。MTF由A,B的比率计算出来。
解析度与MTF的关系：解析度是指2点之间怎样被分离认识的间隔。一般从解析度的值可以判断出镜头的好坏，但是实际是MTF与解析度有很大的关系。图4显示了两个不同镜头的MTF曲线。镜头a 解析度低但是具有高对比度。镜头b对比度低但是解析度高。
三十七、微距镜头：
不用近接环或特写镜头而实现扩大摄影，为近接摄影而设计的镜头，有限远（=从物镜出射的光，在一定距离处聚焦）
三十八、CCTV镜头：
适合于广范围的扩大观察，需要严格精度时不适合，无限远（=从物镜出射的光，不聚焦，平行前进）
三十九、变倍镜头：
焦距可变镜头，倍率，摄像范围等可以简单改变。适合于需要寻找最合适摄影条件（摄影距离，镜头的焦距）以便于操作的场合使用。不产生聚焦位置移动的称为变倍镜头，产生焦距位置移动的称为变焦镜头。
四十、成像圆：
光学系统中成像圆的尺寸，成像圆的尺寸=CCD对角尺寸，和CCD尺寸同样意义。
四十一、后变倍镜头：
安装在CCD前面，不改变工作距离，扩大视野范围。F值下降，分辨率、对比度下降，聚焦会有些不准。
四十二、前变倍镜头：
安装在镜头前面，工作距离会变化，亮度不变，扩大视野范围