光学镜头

一、光学镜头是什么意思

光学镜头一般称为摄像镜头或摄影镜头，简称镜头，其功能就是光学成像。

光学镜头是机器视觉系统中必不可少的部件，直接影响成像质量的优劣，影响算法的实现和效果。光学镜头从焦距上可分为短焦镜头、中焦镜头，长焦镜头；从视场大小分有广角、标准，远摄镜头；结构上分有固定光圈定焦镜头，手动光圈定焦镜头，自动光圈定焦镜头，手动变焦镜头、自动变焦镜头，自动光圈电动变焦镜头，电动三可变（光圈、焦距、聚焦均可变）镜头等。

二、光学镜头有哪些分类

1、按镜头镜片材料分

光学镜头主要分为塑胶镜头、玻璃镜头和玻璃塑胶混合镜头三大类。无论是采用塑胶镜片组立的塑胶镜头还是玻璃透镜组立而成的玻璃镜头，其结构都是由多片镜片构成。一般而言，镜片数量越多，镜头的成像质量越高。

塑胶镜头与玻璃镜头由于在材料属性、加工工艺、透光率等方面都存在着很大的差异，因此最终的适用范围也大有不同。塑胶镜头是由光学塑胶镜片组成的镜头，由于可塑性强，容易制成非球面形状，方便小型化等特点，广泛应用于手机、数码相机等设备上。

玻璃镜头是由玻璃镜片组立而成，由于对模造技术、镀膜工艺、精密加工等方面有着较高的要求以及其透光率高的特点，更多应用于高端影像领域，如单反相机、高端扫描仪、车载成像系统、高端安防视频监控等设备。

玻璃塑胶混合镜头，由部分玻璃镜片和部分塑胶镜片共同组成，结合了二者的特点，具有高折射率的光学性能和稳定性，广泛应用于监控摄像头、数码相机、车载摄像头等镜头模组中。

2、按结构分

（1）固定光圈定焦镜头

简单：镜头只有一个可以手动调整的对焦调整环，左右旋转该环可使成像在CCD靶面上的图像最清晰；没有光圈调整环，光圈不能调整，进入镜头的光通量不能通过改变镜头因素而改变，只能通过改变视场的光照度来调整。结构简单，价格便宜。

（2）手动光圈定焦镜头

手动光圈定焦镜头比固定光圈定焦镜头增加了光圈调整环，光圈范围一般从F1.2或F1.4到全关闭，能方便地适应被被摄现场地光照度，光圈调整是通过手动人为进行的。光照度比较均匀，价格较便宜。

（3）自动光圈定焦镜头

在手动光圈定焦镜头的光圈调整环上增加一个齿轮合传动的微型电机，并从驱动电路引出3或4芯屏蔽线，接到摄像机自动光圈接口座上。当进入镜头的光通量变化时，摄像机CCD靶面产生的电荷发生相应的变化，从而使视频信号电平发生变化，产生一个控制信号，传给自动光圈镜头，从而使镜头内的电机做相应的正向或反向转动，完成调整大小的任务。

（4）手动光圈变焦镜头

焦距可变的，有一个焦距调整环，可以在一定范围内调整镜头的焦距，其可变比一般为2～3倍，焦距一般为3.6~8mm。实际应用中，可通过手动调节镜头的变焦环，可以方便地选择被监视地市场的市场角。但是当摄像机安装位置固定下以后，在频繁地手动调整变焦是很不方便的。因此，工程完工后，手动变焦镜头的焦距一般很少调整。仅起定焦镜头的作用。

（5）自动光圈电动变焦镜头

与自动光圈定焦镜头相比增加了两个微型电机，其中一个电机与镜头的变焦环合，当其转动时可以控制镜头的焦距；另一电机与镜头的对焦环合，当其受控转动时可完成镜头的对焦。但是由于增加了两个电机且镜片组数增多，镜头的体积也相应增大。

（6）电动三可变镜头

与自动光圈电动变焦镜头相比，只是将对光圈调整电机的控制由自动控制改为由控制器来手动控制。

3、按焦距分

光学镜头根据焦距的长短则可以分为短焦镜头、中焦镜头、长焦镜头。每个焦段都有不同的使用场景，短焦镜头适合拍摄近景，但由于焦距小，拍摄远处物体就看不清；中焦镜头拍到的和我们看到的差不多，更接近我们平时看到的视角；长焦镜头视角小但对拍摄远处的物体则起到了放大的作用，适合拍摄远处的物体、球赛、野生动物等等。

从视场角的大小则能分为广角镜头、超广角镜头和鱼眼镜头。广角镜头的视场角一般在80°左右，主要用于一般场景下拍摄，超广角则用于拍摄风景、建筑、合影等场景，鱼眼镜头是一种极端的广角镜头，视场角接近甚至能超过180°，镜片的直径很短且呈向外凸出，与鱼的眼睛类似，广泛用于场景监控、机器人导航和测量等领域。

同样，也可根据焦距的变化分为定焦镜头和变焦镜头两大类。按照结构的划分定焦镜头又能分为固定光圈定焦镜头、手动光圈定焦镜头和自动光圈定焦镜头三种，固定光圈主要应用在监控、微单和车载等方面，手动光圈则用于机器人视觉、道路监控，能自动调整光圈的定焦镜头则广泛用在光线复杂多变的场所，比如监控摄影机。变焦镜头也可分为三种：手动光圈变焦镜头、自动光圈电动变焦镜头和电动三可变镜头（光圈、焦距、聚焦都能变化）。

4、按接口分

镜头和摄像机之间的接口有许多不同的类型，工业摄像机常用的包括C接口、CS接口、F接口、V接口、T2接口、徕卡接口、M42接口、M50接口等。接口类型的不同和镜头性能及质量并无直接关系，只是接口方式的不同，一般可以也找到各种常用接口之间的转接口。

C接口和CS接口是工业摄像机常见的国际标准接口，为1英寸-32UN英制螺纹连接口，C型接口和CS型接口的螺纹连接是一样的，区别在于C型接口的后截距为17.5mm，CS型接口的后截距为12.5mm。所以CS型接口的摄像机可以和C口及CS口的镜头连接使用，只是使用C口镜头时需要加一个5mm的接圈；C型接口的摄像机不能用CS口的镜头。

F接口镜头是尼康镜头的接口标准，所以又称尼康口，也是工业摄像机中常用的类型，一般摄像机靶面大于1英寸时需用F口的镜头。

V接口镜头是著名的专业镜头品牌施奈德镜头所主要使用的标准，一般也用于摄像机靶面较大或特殊用途的镜头。

5、特殊用途的镜头

显微镜头，一般是指成像比例大于10:1的拍摄系统所用，但由于现在的摄像机的像元尺寸已经做到3微米以内，所以一般成像比例大于2:1时也会选用显微镜头。

微距镜头，一般是指成像比例为2:1～1:4的范围内的特殊设计的镜头。在对图像质量要求不是很高的情况下，一般可采用在镜头和摄像机之间加近摄接圈的方式或在镜头前加近拍镜的方式达到放大成像的效果。

远心镜头，主要是为纠正传统镜头的视差而特殊设计的镜头，它可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会随物距的变化而变化，这对被测物不在同一物面上的情况是非常重要的应用。