機器視覺為工業(yè)控制系統(tǒng)增加了新的維度，它可以提供裝配線上零件的尺寸、位置和方向。而合適的鏡頭選擇對于機器視覺能否發(fā)揮應(yīng)有的作用是非常重要的。

機器視覺在控制工業(yè)流程當中的作用越來越重要了，尤其是在機器人引導(dǎo)、目標識別和質(zhì)量保證等領(lǐng)域。當前優(yōu)秀的視覺系統(tǒng)已經(jīng)超出了那些基本功能（例如辨別零件和確定方向）的范疇，還可以提供后續(xù)功能的信息，比如將物體從一個位置移至另一個。

對于裝配線和大量檢測操作中使用的機器人系統(tǒng)，比如汽車生產(chǎn)和檢測線，傳送帶通常是參考。這里，機器人執(zhí)行兩項任務(wù)：識別和傳送。

在絕大多數(shù)機器視覺應(yīng)用里，光學(xué)控制都是非常重要的。機器人視覺系統(tǒng)同樣要求極高的可重復(fù)性，因此減少抖動提供清晰圖像是必要的。

在類似藥品工廠這樣的大規(guī)模單位檢測線上，視覺系統(tǒng)必須能夠辨識缺陷包、不可讀標簽和產(chǎn)品缺失。視覺系統(tǒng)必須能夠以極高的準確度快速識別和測量方形、圓形和橢圓形物體。提高機器視覺系統(tǒng)的精確度，可以幫助保持統(tǒng)一的包裝表面和顏色。對于食品檢測系統(tǒng)，產(chǎn)品的尺寸、顏色、密度和形狀都需要依靠多元檢測才確定。多元機器視覺系統(tǒng)既可以是彩色相機也可以是黑白相機，通常使用結(jié)構(gòu)照明方法建立產(chǎn)品外表和內(nèi)在結(jié)構(gòu)。

盡管照相機、分析軟件和照明對于機器視覺系統(tǒng)都是十分重要的，可能最關(guān)鍵的元件還是成像鏡頭。系統(tǒng)若想完全發(fā)揮其功能，鏡頭必須要能夠滿足要求才行。當為控制系統(tǒng)選擇鏡頭的時候，機器視覺集成商應(yīng)該考慮四個主要因素：

■ 可以檢測物體類別和特性；
■ 景深或者焦距；
■ 加載和檢測距離；
■ 運行環(huán)境。

分析這四個因素，可以針對具體應(yīng)用確定合適的鏡頭選擇。

主要放大率是指傳感器上圖像尺寸對于實際物體大小的比例。

物體特性

在為機器視覺系統(tǒng)選擇鏡頭之前，系統(tǒng)集成商必須確定物體和分析環(huán)境。這個可視區(qū)域叫做無遮擋視場（FOV），它可以使用豎直和水平兩個角度進行測量。通常，豎直方向和水平方向尺寸的比例是4：3，這個比例取決于照相機傳感器工作區(qū)域的尺寸。傳感器的大小對于確定無遮擋視場所需要的主要放大率（PMAG）是非常重要的。PMAG是由傳感器尺寸與FOV相比得到，是鏡頭的工作成效。當確定鏡頭是否合適的時候，這一點需要考慮。

鏡頭放大率對于不同尺寸芯片照相機匹配鏡頭相當重要，然而，不要把鏡頭放大率和顯微鏡放大率搞混了，后者是由光管長度和實際物鏡焦距決定的。而鏡頭放大率主要考慮的是照相機傳感器的尺寸。

系統(tǒng)放大率（SMAG）是監(jiān)視器尺寸與傳感器尺寸的比例與PMAG的乘積結(jié)果。它是從物體到監(jiān)視器圖像的總體放大率，也就是整個系統(tǒng)的“工作”結(jié)果。考慮物體的屏幕尺寸時，系統(tǒng)放大率是有用的。

物體的特性也很重要。鏡頭對于物體特征的解析能力依賴于特征的對比是否強烈。確定系統(tǒng)解析度、或者物體最小更解析特征的方法，可以使用諸如倫奇刻線法這樣的解像力方法。這些刻線法以線耦（等寬度的一條黑線和一條白線）來決定特征。其他的解像力方法還可以用圓圈和點狀網(wǎng)格。

鏡頭在指定光線條件下辨識特定寬度的線耦或者點距的能力，決定了它的解析度。解析度通常被模塊轉(zhuǎn)換功能（MTF）以圖像的方式顯示出來。

圖形顯示了指定線耦頻率下可行的相對對比度。扭曲、色差和其他波前畸變都會影響曲線的斜率，使曲線偏離理想狀態(tài)或者衍射極限的光學(xué)表現(xiàn)。鏡頭方案有時候會以每毫米線耦數(shù)量（lp/mm）為單位列出物體解析度，再將這個值除以1000就可以預(yù)測出鏡頭每微米的物體解析度。

在進行表面剖析的時候，通常不只使用一臺照相機和鏡頭，而了解鏡頭的內(nèi)在偏差（aberration）量也是有價值的。偏差是指鏡頭里的光學(xué)誤差，可以引起同一張圖片里不同點的圖像質(zhì)量差異。剖析通常包括激光線和其他圖像里的光線，這樣可以確保測量的準確性。一些軟件程序可以消除諸如鏡頭引起的扭曲之類的誤差，所以在最終圖像里只有剖析數(shù)據(jù)是明顯的。

大型格式和區(qū)域掃描照相機鏡頭是控制應(yīng)用優(yōu)秀的解決方案，因為它具有高解析度、低扭曲和有限色差。大范圍FOV和兼容性，以及大型格式傳感器，使這些鏡頭在Web、LCD、食品和飲料行業(yè)的應(yīng)用具有很高的價值。

距離約束

自動化機器視覺系統(tǒng)和裝配線所需的空間差異很大，可以只有幾米，也可能需要一整座廠房。所謂的工作距離，是指當圖像在焦距范圍內(nèi)的時候，物體和照相機鏡頭前端的距離。它限制了視覺系統(tǒng)以及和視覺系統(tǒng)一起工作的設(shè)備所需要的空間。有一些應(yīng)用，比如通過真空爐端口觀察，工作距離非常靈活，近焦鏡頭和長工作距離視頻顯微鏡頭都可以使用。其他的應(yīng)用，比如強電微觀檢測，工作距離就只有幾個英寸。

在極限范圍內(nèi)，通過鏡頭重新對焦，可以改變工作距離。無限共軛鏡頭的對焦距離可以從最小工作距離一直到無限遠，有限共軛鏡頭則有一個特定工作距離范圍。

存放和加載限制，包括用于艱苦環(huán)境的保護外殼，必須具有足夠的柔性，可以根據(jù)工作距離進行調(diào)整。比如在很多安裝場合，感興趣的產(chǎn)品區(qū)域和產(chǎn)品線可能在檢測過程中發(fā)生變化，這就要求視覺系統(tǒng)和視覺元件可以根據(jù)若干種傳感條件進行調(diào)整。很多照相機鏡頭需要平穩(wěn)加載，但是當物體空間（物體和鏡頭之間的距離）受到限制，改變像空間（image space，鏡頭與圖像之間的距離），就可以改變工作距離。

像空間可以使用兩種方式進行改變：通過縮放功能或者隔離。縮放鏡頭可以調(diào)整照相機系統(tǒng)的視場，而不需要改變工作距離。一些縮放系統(tǒng)的元件可以定制組成特殊型號的系統(tǒng)。度量衡和顯微應(yīng)用需要以微米為單位進行放大，這些鏡頭系統(tǒng)可以同顯微鏡下的物體對應(yīng)。縮放鏡頭保持著高解析度，但是成本高昂。另外一種方案，鏡頭隔離器十分經(jīng)濟，并且可以縮短工作距離、減小鏡頭的可視范圍。然而不幸的是，這會帶來扭曲同時降低解析度。因此，除非空間調(diào)整是在5mm之內(nèi)或者鏡頭的設(shè)計就帶有隔離器，否則隔離器不是一個推薦的方案。

基本的鏡頭設(shè)計因素可以確定圖像特性
景深