常见镜头术语和参数CCD

CCD(Charge Coupled Device)是电荷藕合器件图像传感器。它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像。透镜

透镜包括凸透镜和凹透镜两种，其中凸透镜对光线具有会聚作用，也称为会聚透镜或正透镜；凹透镜对光线有发散作用，也称为发散透镜或负透镜。由于正负透镜具有相反的作用，所以经常将两者配合使用，以矫正像差或其他失真。光阑

进入镜头的光束大小一般由透镜框和其他机械结构决定。通常在镜头中设置设置带孔的金属薄片以限制光束的大小，称为光阑，其通光孔一般为圆形并中心在透镜的中心轴上。为了调节进光量，普通镜头都具有光圈调节环，调节环转动时带动镜头内的黑色叶片以光轴为中心做伸缩运动，称为可变孔径光阑。镜头中决定成像面大小的光阑称为视场光阑。镜头的镜管通常被加工成罗纹状并漆成黑色以消除杂光的影响。自动光圈

在机器视觉中，自动光圈的主要作用是通过自动调整光圈控制入射光通量的大小，从而使CCD获得理想的曝光，以获得理想的图象。自动光圈镜头目前主要有两类：一类是视频驱动型(Video)，另一类是直流驱动型（DC）。变焦镜头

变焦镜头的成像质量一般低于固定焦距镜头，但在无须改变物距的情况下通过焦距变化即可获得清晰的图象，从而提高了机器视觉的设计灵活性。自动调焦

自动调焦镜头可以根据不同的成像目标对镜头的焦距进行自动调整，从而确保在多种应用下都能实现精确聚焦。CCD相机一般采用差分式对比传递函数方式进行自动调焦。镜头接口

物镜的接口尺寸国际标准共有三种：F型、C型、CS型。F型比较通用，一般实用于焦距大于25mm的镜头，而小于25mm时因为物镜的尺寸不大，便采用C型或CS型。镜头性能

镜头的性能指标主要包括焦距、相对孔径、视场角度和光谱特性几个方面。根据不同的应用条件，需要做相应选择。工作距离WD（Work Distance）

WD表示焦点对准拍摄对象时，镜头顶端到拍摄对象的距离。也称为作动距离。

焦距

主点到焦点的距离称为光学系统的焦距，这是镜头的重要参数之一，它决定了像与实际物体之间的比例。

例如：焦点距离为 16 mm 镜头，CCD 尺寸 3.6 mm 时，如果想把视野设为 45 mm，则 WD 变为 200 mm。视野

视野指工作距离范围中的拍摄范围。一般来说，拍摄对象和镜头的工作距离越长，则视野越广（视野角）。另外，视野的广度由镜头的焦点距离来决定。相对于视野，使用镜头可以拍摄的范围的角度，我们称为视角或者视野角。镜头的焦点距离越短，则视角越大，视野也就越广。相反，焦点距离越长，则可以放大远处的拍摄对象

景深

是指在被摄物体聚焦清楚后，在物体前后一定距离内，其影像仍然清晰的范围。景深随镜头的光圈值、焦距、拍摄距离而变化。光圈越大，景深越小；光圈越小、景深越大。焦距越长，景深越小；焦距越短，景深越大。

距离拍摄体越近时，景深越小；距离拍摄体越远时，景深越大。当景深一定的情况下，景深效果可以通过缩小镜头孔径来变大，但也需要提高光线等级进行补偿。

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）视场角（FOV：Field of view）与像面尺寸

镜头的视场角决定了被拍摄景物的范围。由于摄影系统一般是对远处景物成像，所以其像面通常位于焦平面附近，因此像面大小与视场角2W ' 的关系可表示为公式y ' =f ' tanW '

公式中y ' 应该是像面区域的半径。

目前，工业相机通常使用CCD或者CMOS传感器作为像面接收器，有面阵和线阵两种，其工作区域的形状分别为矩形或线形，传感器的工作区域必须包含在镜头所确定的像面圆形区域之内。在镜头的参数中，也经常使用传感器的大小来表示视场大小。

面阵传感器是由许多像素单元组成的一个矩形阵列，每个像素单元都是一个方形传感器。面阵传感器的大小通常是以其对角线的长度来表示的。目前常用的面阵传感器有：

线阵传感器也是由许多像素单元组成，与面阵传感器不同的是，这些像素单元排成一个单列。线阵传感器的大小则是以像素单元的数量和大小来表示的。线阵传感器的规格有1K、2K、4K、8K、12K等，像素单元有5µm、7µm、10µm、14µm等。

对于同一个传感器，长焦距的镜头只能有较小的视场角，能对远处景物拍摄得比较大的像，适宜于远距离摄影，故常称之为望远镜头；而短焦距的镜头则有较大的视场角，能将近处较大范围内的景物摄入像面，故又称之为广角镜头，视场角更大的又称为鱼眼镜头；介于二者之间，焦距属于中等，约等于幅面对角线长度的镜头，称之为标准镜头。工作波长

光学镜头都是针对一定波长范围内的光波工作，自物面发出的光波，在此波长范围内的，能够通过镜头在像面上成一清晰像，而且能量衰减较小；而在此范围外的光波，则难以校正像差，成像质量差，分辨率低，而且能量衰减很大，甚至被光学介质材料所吸收，完全不能通过镜头。

光就其本质来说就是电磁波，按照波长通常将其划分成不同的光谱波段，如下表所示：

相对孔径与光圈数F数：

相对孔径为入瞳直径与焦距的比值D/f ' ，它主要影响像面的照度，照相镜头像面的照度与相对孔径的平方成正比。为了满足景物较暗时摄影的需要，或者为了对高速运动物体摄影，要求采用很短的曝光时间，它们都要求提高像面的照度，因此就需要采用大的相对孔径。

镜头通常采用光圈数F来表示通光孔径的大小，光圈数F数为相对孔径的倒数，即F=f ' / D镜头的分辨率

分辨率是评价镜头质量的一个重要参数，定义为在像面除镜头在单位毫米内能够分辨开的黑白相间的条纹对数。镜头的分辨率不光使用在图像处理中，它是指所有光学测量仪器中使用的镜头可以观察的最小间隔。如分辨率为 10 μm 的镜头，可以清晰的观察线宽为 10 μm、间距为 10 μm 并列条纹线。分辨率不足时，人们感觉 2 根线好像重叠在一起。这时候，需要更高分辨率的镜头。镜头的倍率

所谓倍率，是指检测对象的实际大小与通过光学测量仪器成像大小的比率。

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。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。F值（光圈值）

F 值（或者光圈值）是指表示镜头的明亮度的基准。准确的来说，就是镜头的焦点距离除以镜头直径（口径）得到的值。F 值的「F」来源于 focal （焦点的）这个词。

事实上，镜头并不会让所有光线都透过，其中的一部分会反射。而且，为了减少像差使用多个镜头时，透过的光量会变少。

因此，光的透过量较多，可以获得明亮成像的镜头我们称为「亮」，相反光的透过量较镜头则称为「暗」。镜头的焦点距离和直径的关系，是可以大大影响镜头明暗的要素之一，也即 F 值。这个值较小的镜头称为「亮镜头」，较大的镜头称为「暗镜头」。一般的小型相机都会在镜头旁刻上「F = 2.5」「1:2.5」的标记，这就表示 F 值为 2.5。

在相机镜头的性能上，如果 F 值达到 2.0 左右，则表示这个相机的明亮等级非常高。失真（歪曲像差）

歪曲像差（失真）表示通过镜头成像的图像发生歪曲的状态。

事实上不存在形状完美的镜头。因此，虽然从理论上来说，直射光通过镜头后会沿着直线传播，而实际上光通过镜头后会向外侧或者内侧歪曲。前者称为「桶形失真」，后者称为「枕形失真」。一个镜头失真的参数以百分比表示。FNO

镜头从无限远时，亮度表示的数值，值越小越亮。FNO=焦距/入射孔径或有効口径=f/D相机接口

在光学系统中，最后一个光学镜片表面的顶点到像面的距离称为后截距（BFL：Back Focal Length），对于不同的光学系统，其后截距都是不一样的。因此在安装镜头时，需要调节镜头到相机的相对位置，使相机底片到镜头最后一面顶点的距离满足后截距的要求，即使底片位于镜头的像平面上。

相机接口即为相机和镜头的连接方式，同时也保证了相机和镜头的相对位置。早期的相机一般采用螺纹接口。随着相机的不断发展，接口需要传递更多的数据信息，螺纹接口已不能满足相机的要求了。1959年，尼康、佳能、美能达这三大日本相机厂家各自推出了各自的相机接口，随后宾得、莱卡、奥林巴斯等其它厂家也相继推出的自己的相机接口。

随着技术不断进步，相机功能不断完善，各个厂家的相机接口也几经变换。目前，常用的一些接口类型如下表所示：