工业镜头和民用镜头的特点和区别（思诺威视）
一、 工业镜头的特点及分类
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。镜头是机器视觉系统中的重要组件，对成像质量有着关键性的作用，它对成像质量的几个最主要指标都有影响，包括：分辨率、对比度、景深及各种像差。镜头不仅种类繁多，而且质量差异也非常大，但一般用户在进行系统设计时往往对镜头的选择重视不够，导致不能得到理想的图像，甚至导致系统开发失败。
工业镜头相当于人眼的晶状体，如果没有晶状体，人眼看不到任何物体；如果没有镜头，那么摄像头所输出的图像；就是白茫茫的一片，没有清晰的图像输出，这与我们家用摄像机和照相机的原理是一致的。当人眼的肌肉无法将晶状体拉伸至正常位置时，也就是人们常说的近视眼，眼前的景物就变得模糊不清；摄像头与镜头的配合也有类似现象，当图像变得不清楚时，可以调整摄像头的后焦点，改变CCD芯片与工业镜头基准面的距离(相当于调整人眼晶状体的位置)，可以将模糊的图像变得清晰。由此可见，镜头在闭路监控系统中的作用是非常重要的。工程设计人员和施工人员都要经常与镜头打交道：设计人员要根据物距、成像大小计算镜头焦距，施工人员经常进行现场调试，其中一部分就是把镜头调整到最佳状态。
1、工业镜头的安装尺寸，接口
所有的摄像机镜头均是螺纹口的，CCD摄像机的镜头安装有两种工业标准，即C安装座和CS安装座。两者螺纹部分相同，但两者从镜头到感光表面的距离不同。
C安装座：从镜头安装基准面到焦点的距离是17．526mm。
C S安装座：特种C安装，此时应将摄像机前部的垫圈取下再安装镜头。其镜头安装基准面到焦点的距离是12．5mm。如果要将一个C安装座镜头安装到一个C S安装座摄像机上时，则需要加装一个5mm厚的接圈。
2、镜头的尺寸
以摄像机镜头尺寸分镜头可以分为1英寸、2／3英寸、1／2英寸、1／3英寸、1／4英寸、1／5英寸等规格，下面是一个简单的芯片尺寸规格表：
摄像机镜头规格应视摄像机的CCD尺寸而定，两者应相对应。大概：
★ 摄像机的CCD靶面大小为1／2英寸时，镜头应选1／2英寸。
★ 摄像机的CCD靶面大小为1／3英寸时，镜头应选1／3英寸。
★ 摄像机的CCD靶面大小为1／4英寸时，镜头应选1／4英寸。
如果镜头尺寸比摄像机CCD靶面尺寸大时，将使图像视野比镜头视野小，即不能很好地利用镜头的视野；如果镜头尺寸比摄像机CCD靶面尺寸小时，将发生“隧道效应”，即图像有圆形的黑框，像在隧道里拍的一样。
监控相机一般都比较小，甚至小于1/3英寸；工业相机稍微大一些，一般1/2英寸到1英寸不等；传统的135相机底片比当前的一般感光芯片都大，36mm×24mm（1.4英寸×0.9英寸），画面对较线长度为43mm（1.7英寸），即是1.7英寸的，120中幅相机，其感光面尺寸有三种：45×60mm、60×60mm和90×60mm，可见画幅更大。
3、镜头的光圈，F值
光圈的主要作用是通过控制镜头光量的大小满足成像所需的合适照度。光圈越大，靶面成像照度越大，摄像机输出信号强度越大，信噪比越高。
可以理解，通光孔径越大，通过的光量越大；但我们关心的是到达芯片的光量，而焦距越长，意味着芯片离镜头中心越远，相应的光就越弱，所以，标准光圈大小的参数应该与两个变量有关，孔径，焦距。
光圈系数，即F值即是用来表征光圈的大小的参数。它等于镜头焦距f和通光孔径D之比。光通量与F值的平方成反比关系，F值越小，光通量越大。F值的规律是后一个值正好是前一个数值的√2 倍，所以，光圈调大一挡，光量减少2倍。常用值为1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22等几个等级。
一般光圈都可以调节，从而有手动光圈和自动光圈之分。
手动光圈工业镜头是的最简单的工业镜头，适用于光照条件相对稳定的条件下，手动光圈由数片金属薄片构成。光通量靠镜头外径上的—个环调节。旋转此圈可使光圈收小或放大。在照明条件变化大的环境中或不是用来监视某个固定目标，应采用自动光圈工业镜头，比如在户外或人工照明经常开关的地方，自动光圈镜头的光圈的动作由马达驱动，马达受控于摄像机的视频信号。
自动光圈工业镜头又有两类：一类是将一个视频信号及电源从摄像机输送到透镜来控制镜头上的光圈，镜头本身包含放大器电路，用以将摄像头传来的视频幅度信号转换成对光圈马达的控制，这称为视频(VIDEO)驱动型；另一类则利用摄像机上的直流电压来直接控制光圈，称为直流(DC)驱动型，这种镜头只包含电流计式光圈马达，要求摄像头内有放大器电路。
对于各类自动光圈工业镜头，通常还有两项可调整旋钮，一是ALC调节 (测光调节)，有以峰值测光和根据目标发光条件平均测光两种选择， 一般取平均测光档；另一个是LEVEL调节(灵敏度)，可将输出图像变得明亮或者暗淡。
4、工业镜头的视角，焦距
焦距的大小决定着视场角的大小，焦距数值小，视场角大，所观察的范围也大，但距离远的物体分辨不很清楚；焦距数值大，视场角小，观察范围小，只要焦距选择合适，即便距离很远的物体也可以看得清清楚楚。由于焦距和视场角是一一对应的，一个确定的焦距就意味着一个确定的视场角，所以在选择镜头焦距时，应该充分考虑是观测细节重要，还是有一个大的观测范围重要，如果要看细节，就选择长焦距镜头；如果看近距离大场面，就选择小焦距的广角镜头。
1）焦距的计算：
镜头的焦距，视场大小及镜头到被摄取物体的距离的计算如下：
f＝wL／W
f：镜头焦距
w：图象的宽度(被摄物体在ccd靶面上成象宽度)
W：被摄物体宽度
L：被摄物体至镜头的距离
高度可以类比。
2）视场角的计算：
tg（ ωH/2）＝h/2f = W/L tg（ ωV /2）＝v /2f = H/L
ωH：水平视场角
ωV：垂直视场角
f：镜头的焦距
h：摄像机靶面的水平宽度
v：摄像机靶面的垂直高度
W：最大可见物体宽度的一半
H：最大可见物体高度的一半
L：被摄物体至镜头的距离
垂直视角可以类比。
3）镜头按视角分类
镜头按视角分可以分为：
标准镜头：视角3 0度左右，在1／2英寸CCD摄像机中，标准镜头焦距定为1 2 mm，在1／3英寸CCD摄像机中，标准镜头焦距定为8 mm。之所以称30度视角的镜头是标准镜头是因为人眼的有效视角大概是30度。
广角镜头：视角9 0度以上，焦距可小于几毫米，可提供较宽广的视景。
远摄镜头：视角2 0度以内，焦距可达几米甚至几十米，此镜头可在远距离情况下将拍摄的物体影响放大，但使观察范围变小。
4）镜头按焦距分类
镜头从焦距上分为：
短焦距镜头：因入射角较宽，可提供一个较宽广的视野。
中焦距镜头：标准镜头，焦距的长度是C C D的尺寸而定。
长焦距镜头：因入射角较狭窄，故仅能提供狭窄视景，适用于长距离监视。
按焦距分类和按视角分类是对应的。
5）定焦镜头和变焦镜头
有些镜头的焦点是固定的，而有些镜头的焦点是可变的，这分别称为定焦镜头和变焦镜头。
变焦镜头也常被称为变倍镜头，它的焦距连续可变，即可将远距离物体放大，同时又可提供一个宽广视景，使监视范围增加。变焦镜头有手动伸缩镜头和自动伸缩镜头两大类。典型的光学放大规格有6倍(6.0-36mm，F1.2)、8倍(4．5-36mm，F1．6)、1 0倍(8．0-80mm，F1．2)、12倍(6.0-72mm，F1．2)、2 0倍(10-200mm，F1.2)等档次，并以电动伸缩镜头应用最普遍。
5、镜头的分辨率
描述镜头成像质量的内在指标是镜头的光学传递函数与畸变，但对用户而言，需要了解的仅仅是镜头的空间分辨率，以每毫米能够分辨的黑白条纹数为计量单位。
6、特殊镜头
在特殊的安全镜头族群中，值得一提的品种包括光纤镜头、管道镜头、分像镜头、拐角镜头、中继镜头、自动聚焦镜头、安定镜头和长焦镜头。这些镜头各有所长，可以实现普通镜头所无法完成的特殊功能。
1）光纤镜头和管道镜头
设计难度较大的监控系统中往往需要使用粘连光纤束镜头。与通常用于视频信号传输的单模光纤和多模光纤不同，这种光纤束是由上千根单独的玻璃光纤粘连在一起组成的。它可以将物镜得到的光学图像传输到十几厘米到几米远的地方。中继镜头从光纤束处理到图像后，再将其传送到摄像机的传感器上。通过光纤镜头取得的画面，其质量不如通过普通镜头取得的画面好。因此，这种镜头只能用在普通镜头无法解决问题的场合。光纤镜头分为刚性和柔性两种。
高分辨率（450线）的粘连光纤束中有几万根玻璃纤维，光学图像就是通过这些纤维从一段传输到另一段，每根光纤在光纤束两端的几何阵列中所处的位置完全相同。完整的“光纤镜头”除了包括这个光纤束外，还需要在前面加装成像用的物镜，在后端加装传递图像用的中继镜头（以便图像会聚到传感器上）。光纤镜头通常用于穿过后墙对隔壁房间的监视，有时也用在必须将摄像机与镜头分开一端距离的场合。 另一种常用的长距离采光镜头是管道（borescope）镜头。管道镜头由直径为0.04～0.5英寸、长6～30英寸的通光管、杆状镜头和多联式中继镜头共同组成。中间的镜头用于将物镜形成的光学图像传送给后面的镜头，进而传送到摄像机传感器上。单杆镜头使用的是独特的GRIN（graded index，渐变折射率）玻璃杆，光学图像在通过它之间能够重新聚焦。由于杆和镜头的直径都很小，只有少量的光线能透入摄像机内部，因此这种系统的光学速度较慢，通常为f/11和f/30。这一特性使得管道镜头只能与光线充足的场景和高灵敏度的摄像机配用。因为管道镜头中使用的都是玻璃透镜，它的图像质量比光纤镜头要好一些。
2）分像镜头
能够将两个单独场景同时成像的同一摄像机上的镜头称作分像镜头或双焦镜头。这种镜头使用两个分开的透镜或双焦镜头。这种镜头使用两个分开的透镜获取两个场景的图像后，再将其投射到摄像机的传感器上，其中的两个透镜焦距可能相同，也可能不同；可能朝向同一方向，也可能朝向不同的方向。
分像镜头的转接器可以起到同样的作用。除了用于连接摄像机的接口外，转接器上还有两个C型接口或CS接口，可以连接两个普通镜头，从而实现“一机两景”。根据双焦镜头设计的不同，最后得到的双景图像可以是左右分割的，也可以是上下分割的。所以定焦镜头、变焦镜头、针孔镜头或其它镜头，只要其接口是C型或CS型的，就都可以用到这种转换器上。侧镜位置安装的可调式反射镜可以改变镜头观察的方向。在侧镜旁边再加装一只反射镜，就可以让两种镜头对准同一场景。在这种情况下，如果前镜使用广角镜头（6.5mm），侧镜使用狭角镜头（75mm），就构成一个双焦镜头，与之相连的摄像机可以同时看到同一场景的广角和狭角的图像。在左右分割时，每个镜头的水平视场都变为正常情况下的1/2（每个镜头只能使用传感器的一半宽度）。将分像镜头旋转90°，可以得到上下分割的图像。双焦镜头在监视器上形成的图像是倒转的，因此需要将摄像机倒转过来安装。
三向光学分像镜头可以同时观察三个不同的场景。三分镜头主要用于观察丁字型走廊，但是也可以作其它用途。使用三分镜头，可以同时观察三个不同的场景（放大倍数可以相同，也可以不同），而这三个场景是显示在同一监视器上。这样，我们就节省了两只摄像机、两台监视器和一只画面分割器。每个场景占据该监视器屏幕的1/3面积。镜头上的可调光学器件允许分别调节三个物镜的仰角，以适用长短不同的走廊需要（长走廊镜头接近水平，短走廊需要镜头略微冲下）。与双分镜头一样，摄像机也要倒转安装。
3）拐角镜头
拐角镜头使得摄像机可以做贴墙式的安装，即摄像机与轴线与墙面相平行。
在墙壁后面的空间比较有限的场合，像柜员机、天花板或升降机内，拐角镜头将会是一个很好的解决方案。拐角光学镜头使得2.6mm镜头的轴线变得与摄像机的轴线相垂直，因为2.6mm镜头的视场可以达到110°，所以使用反光镜来解决这个问题将是不可能的。因为平面反射镜无法将全部场景反射到摄像机镜头上。这种黑边（vignitting）现象将使得我们无法在监视器上看到场景的部分边缘。
拐角转接器可以套接所有焦距的镜头，但镜头必须带有C型或CS型的接口。
4）中继镜头
中继镜头用来将镜头或粘连光纤束聚焦的光学图像传送到摄像机传感器上。这种镜头必须与其它物镜一起使用，其自身不能成像。在与光纤镜头配用时，它将光纤束输出端上面的图像投射到传感器上。与分像镜头或拐角镜头配用时，它也可以将双景图像或改向的图像投射到传感器上。中继镜头可以被看作是一个没有放大倍数的附加镜头，在与普通镜头配用时，它的主要作用是使得镜头和传感器之间的距离适当增大。
5）自动聚焦镜头
自动聚焦镜头在安全方面的应用相当有限，这是因为它的价格比普通的手动调焦镜头要昂贵。自动聚焦镜头主要用于便携式家用摄录机。这种机器所使用的镜头都是变焦镜头。
自动聚焦技术共有三种：主动红外测距、超声波定位和固态三角测量
主动红外自动聚焦使用的是三角测量原理。镜头中有一个发光二极管，可以向变焦镜头场景中心区域发射一小束红外线。接收透镜将反射回来的红外光投射到镜头旁的两个硅探头上。镜头内的微处理器电路再根据镜头聚焦环的物理位置和CCD传感器上得来的数据计算出目标与摄像机之间的距离。之后，微处理器电路会控制变焦镜头上的电动聚焦环，使中心目标清晰地聚焦在传感器上。
自动聚焦镜头不能适用于所有的工作场合。如果目标不反射红外光，或目标将所有红外光都反射到了其它方向，从而致使摄像机接收不到回光，或目标超出了系统的工作范围，都将无法触发系统的自动聚焦功能。
6）安全镜头
在安全系统中，当镜头和摄像机在观察场景时晃动或震动时，就需要使用安定镜头。安定镜头广泛应用在手提式摄录机、车载摄像机、空中平台摄像机和船载摄像机系统中。安定镜头可以抵消摄像机因风吹而引起的严重晃动。这种镜头系统内部设有活动光学器件，并通过这种器件的反向移动来抵消摄像机和场景之间相对移动。
二、 民用镜头的分类及特点
1、镜头一般按照焦距大小分类：
鱼眼镜头；微距镜头；广角镜头；标准镜头；长焦镜头；超长焦镜头；变焦镜头等；
标准镜头：拍摄风景及人物都可以，介于广角与长焦之间；
长焦镜头：拍摄远处人物特写及远处物体，如体育比赛；
广角镜头：拍摄风景及大场面焦距无限远；
鱼眼镜头：视角180度，畸变大，特殊用途；
微距镜头：拍摄较小物体近距离拍摄如小蚂蚁等；
超长焦镜头：可以拍摄月亮及星星；
变焦镜头：焦距可以根据拍摄物体改变的镜头，可以拍出运动效果。
三、工业镜头和民用镜头的区别
1、清晰度不同
镜头在成像面中心的分辨率是最高的，在边缘的差之。普通镜头在中心分辨率可以基本满足清晰度的同时，边缘的清晰度降低很多，总体清晰度可满足普通摄像机44万像素的要求。决定镜头清晰度的关键因素有三个：
1）镜片材质和纯度 。镜片的杂质越少，其产生的干扰光线越少，画面清晰度更高；
2）镜片的研磨精度。 镜片的研磨精度由研磨设备决定，目前国内镜头较国外镜头的差异就几种的这点上；
3）镜片的镀膜精度。 对镀膜工艺的精确控制也是镜头清晰度的决定因素之一。另外百万像素镜头采用非球面镜片，可减低像差，在相对于普通镜头提高清晰度的同时做到了小型化的设计；通过特殊的光学设计技术，从图像中心到周边部分的画质实现高解像力、高对比度的画面，比传统镜头提高了大约2.5倍以上的解像力，即使是在图像剪切或放大功能时，依然能保证高画质。
2、光谱透射能力不同
镜头的光谱透射能力也有助于画面清晰度的提高。宽频率光线的投射，将大大提高摄像机靶面的受光量。可增强画面的对比度和亮度，对画面的细节表现更丰富。
3、光谱矫正能力不同
只有宽光谱的透射能力对于高清晰成像还远远不够，如果镜头的光谱矫正能力不足，反而将使部分波长的光不能准确的在摄像机靶面上成像，致使虚像的产生。这种技术是普通镜片通过镀膜无法实现的。KOWA采用ED（超低色散）镜片，可以很好的解决此问题。例如KOWA的LMZ0812AMPDC-IR就是一款对应300万像素红外无偏焦镜头，可以将可见光和非可见光同时准确的在摄像机靶面上成像，得到高清的画面效果。
中国机器视觉商城知名的百万像素工业镜头品牌有Computar、意大利OPTO、宾得等。各大镜头厂商均推出了不同焦距段的高清产品，给用户提供了更多的选择。随着ED镜片、自动聚焦等功能在高清镜头中的应用，使得高清产品成为市场的主流。
一文详解工业相机和镜头选取
作者：Atlas
来源：公众号@3D视觉工坊
01 什么是工业相机
刚入门3D视觉，第一次接触到工业相机的时候，对，一般来说工业相机长这个样子：
图1 常见工业相机外观
一问价格，至少都是大几千，贵的在十几万，心里就不禁有疑问，就这么一个破相机，为啥就卖这么贵？它跟我们常见的单反相机有什么区别？我用单反相机来拍，色彩又好，成像又清晰，它不香吗？为啥一定要用工业相机？
图2 常见单反相机外观
咋一看，单反相机块头这么大、工业相机块头这么小，工业相机明显在坑人啊！诚然，由于工业相机需求量和产量的缘故，工业相机的研发、制造总成本会远远高过消费级单反相机，这也是它价格更为昂贵的原因，但我们这里一定要明白一个概念：工业相机，不能简单地理解为工业上用的相机，它是有特殊用途的一类相机统称。
特殊用途 ：什么叫特殊用途，比如说我们3D重建算法，对相机的畸变要求尽量小，在某些恶劣场合，需要用到IP67级防水相机、拍摄原子弹爆炸前几微秒内原子弹内部的场景，这类专门的相机可以称为高速相机，这些相机都可以称为工业相机。而相反的，你认为工厂里监控摄像头，尽管它部署在工厂里的每个角落，但你能认为它是工业相机吗？
02 工业相机与单反相机的区别
事实上，工业相机相比较一般的单反相机，区别还是很大的，概括下来大致有以下4个方面：
1、配 备专门软件开发工具包 （Software Development Kit，SDK），我们可以通过代码设置包括：曝光时间、触发方式、图像分辨率、成像帧率等等一系列相机参数（下面是某款相机SDK的图像界面）。
图3 FlyCapture SDK 采集图像界面
2、成像精准 ：一般来说，工业相机的图像传感器是逐行扫描的，而普通传感器是隔行扫描的，前者生产工艺更为复杂，成品率低、出货量少，世界上只有少数公司能够提供这类产品。此外，工业相机的畸变、色彩还原准确度往往更好，而单反相机追求的是要拍的好看。
3、稳定性和可靠性 ：工业相机的性能稳定可靠、易于安装，结构紧凑结实不易损坏，连续工作时间长，可在较差的环境下工作，这是单反相机做不到的。
例如一些工业相机被安装在工业检测生产线上，负责产品的视觉测量、缺陷筛查等工作，这就要求相机在流水线常年连续运转过程中保证不出故障，否则会导致生产线停摆甚至瘫痪，这对企业来说意味着难以挽回的经济损失。
4、特殊用途
·严苛场景 ：比如某些在航空上用的相机，其工作温度范围就要求：-40℃~85℃；·像速度 ：拍摄汽车碰撞、原子弹爆炸的高速相机；·光谱范围 ：比如测量钢炉内铁水温度的红外相机；除此之外，工业相机一般来是黑白的，主要是为了保证曝光充足、成像准确。至于价格，我认为不是区分工业相机和单反相机主要的因素，还是得看具体相机的型号，消费级市场也有大十几万的设备。
03 工业相机的接口
工业相机的接口主要有三种类型：
图4 工业相机的接口[2]
镜头 接口：固定相机跟镜头，也称为卡口；数据 接口（控制）：传输拍摄到的相机数据（控制相机）；电源 接口（控制）：提供相机电源（控制相机）；有时候，数据口和电源口也会放一起，某个接口既能提供数据传输又能提供相机电源，随着时代的变化，这类即插即用的工业相机越来越普遍。
这里所谓的即插即用，并不是说插上去就能用，而是在安装相应的驱动后，我们通过SDK可以进行调用，区别与某些接口相机需要自己去写底层驱动以及相应图像处理算法。
3.1 镜头接口
通常来说，我们买到的工业相机是不带镜头的，就像下面这样：
图5 不带镜头的工业相机
常见的工业相机镜头接口包括：C、CS、M42、M50、F、V、T2等等，接口类型的不同和工业相机镜头性能、质量并无直接关系，仅仅是接口方式不一样，一般来说，我们也能找到各种常用接口之间的转接口。下面简要地介绍下这些接口。
最简单的，你记住什么相机接口对什么相机镜头即可。
1）C、CS接口
相机镜头的C、CS接口非常相似，它们的接口直径 、螺纹间距 都是一样的，仅仅是法兰距 不同。C接口的法兰距是17.5mm，CS接口的法兰距是12.5mm。因此对于CS接口的相机，如果想要接入C接口的镜头，只需要一个5mm厚的CS-C转换环即可。两个接口与转换环的实物如下所示：
图6 工业相机C接口和CS接口实物（图中CS接口相机已转接为C接口）[2]
法兰距 ：也叫做像场定位距离，是指机身上镜头卡口平面与机身曝光窗平面之间的距离，即镜头卡口到感光元件（一般是CMOS或CCD）之间的距离。注意，法兰距不同，即便装上也无法清晰对焦和成像。
2）M系列
M12接口，这个接口对应的数字12，指的是接口直径是12mm。由于直径较小，这类接口往往用在微小工业相机上，如无人机上搭载的相机一般用的这类镜头，如下所示：
（1）M12
（2）M42
（3）M58
图7 M系列接口 [2]
而M42、M58接口更大，往往用在大靶面的工业相机、甚至线扫相机上。这类接口直接通过螺纹连接到相机上，连接较为方便。
3）卡扣系列
对于卡扣系列，主要有两种：佳能的EF接口和尼康的F口，这个接口也在它们家单反中使用，两者的差别在于法兰距 不同，F口的法兰距大于EF口，在工业相机领域，尼康的F接口也更为常见一点。实例如下：
（1）EF接口（佳能）
（2）F接口（尼康）
图8 卡扣系列接口[2]
4）常见镜头接口参数
当然还有其他接口，包括老式的PK口、施耐德V口、以及其它各种接口等，这些用的倒不多，就不一一介绍了。其实记住一句话，什么相机口对什么镜头口 即可了，但这里还是给出常见的镜头接口参数，以便大家参阅：
表1 常见镜头接口参数[2]
3.2 数据+电源 接口
常见的数据、电源接口包括USB、CoaxPress、CameraLink、Gige接口等，如下所示：
图9 常见数据+电源 接口[3]
它们的性能指标对比如下：
表2 常见数据+电源接口对比[3]
简要地解释一下：
USB2.0、3.0系列：这类接口的好处是即插即用（虽然这里说是即插即用，但一般工业相机都还是要安装驱动以及相应的SDK才能调用的），3.0的速度达到了5.0GB，但问题是传输的线路太短，不太适合长距离、大批量工业相机的应用场景（这在大多数化工企业中是这样，相机安装在工厂的各个角落，处理放在主控室）。IEEE1394：Apple公司推出的标准，传输速度介于USB2.0~3.0之间（还是比较慢的），传输距离达到了100m，但是其需要额外的转接头，因此应用也不多。GIGE：也就是常说的网口相机，传输速度虽然不高（一般来说也够用了），但是传输距离远，集成方便，配合上千兆路由器，可以实现大规模的工业相机集成，目前工业应用上最为广泛，较为高端的工业相机也大多采用这种配置，唯一的缺点是需要额外的电源供电。Cameralink：一种专门的工业级视觉产品使用行业标准，传输速度可以达到5.44Gbit/s，往往用在之前的一些高速相机上(因为之前USB2.0、GIGE这些接口都太慢了)，但缺点是需要额外的图像采集卡 、价格贵（一条线缆1000）、而且不好用，要自己去写相机驱动，并且不支持热插拔（会损坏相机！）。原因：使用这类接口的相机在物理上被硬生生地拆为两部分，相机的厂商只负责相机的制造，而相应的驱动、软件，比如说图像的采集、处理等算法都需要你自己对CameraLink采集卡进行编程。CiaXPress：速度快、传输距离远，独立供电、价格也便宜，推出来用以取代Cameralink接口。这类相机需要额外的接口卡 ，注意，这里是接口卡！接口卡不同于采集卡，其只是相机采集到的数据的一个中转站，不会对数据做任何处理，其直接将数据存储在主寄存器中。因为这类相机传输速度较快，如果将拷贝数据的工作交给CPU来做的话，CPU将会消耗大量资源.需要说明的是，我们选取工业相机型号的时候，接口并不是传输速度越好越好，而是要挑合适的，杀鸡焉用牛刀？那怎么选型呢？我们下一节说！
本文转载自：公众号@计算机视觉工坊，一个小众但出众的公众号。
▲长按关注「计算机视觉工坊」公众号
04 镜头参数
4.1 焦距
1）物理焦距
对于单片凸透镜来说，焦距通常指平行光线经凸透镜汇聚后一点到透镜中心的这段距离 ，如下所示。通常，这个距离在制造完成后就不可变的，也就是说一块凸透镜的焦距 是不会发生变化的。
图10 单片凸透镜的物理焦距
但现代镜头通常由多片薄透镜组成，如图11所示:
图11 现代相机镜头构成[5]
它们之间的的相对距离可以发生变化，因而物理焦距 也可以随之发生变化，这类镜头称为变焦镜头 ，反之不能发生变化的是定焦镜头 。
2）摄影焦距
市面上大多数镜头都是定焦镜头，但是我们常说调焦又是怎么回事呢？不是说定焦镜头吗？定焦怎么能调焦呢？
事实上，这里我们所说的调焦 ，或者说对焦 ，其实并不说改变镜头的物理焦距，而是改变像距，即调整成像面和镜头的距离，使得CCD上能够清晰成像，这段距离也称为摄影焦距 ，简称焦距 ，如下所示：
图12 镜头的摄影焦距[4]
3）调焦原因
为什么要去调整摄影焦距呢？
我们来看下面这个模型：
图13 相机清晰成像对焦情况
对于小人头部的A点，其从头部发出三个方向的光线，经过镜头汇聚后，汇聚于成像面的A’点。那么对于A点发出其它方向的光线呢？它们也会汇聚于A点，因为镜头的形状是经过专门设计的。
这里有两点特殊：
同一点发出的各个方向的光线，经过镜头后必定汇聚于同一点； 同一平面上的不同点发出的光线，经过镜头后，汇聚于不同点；对于这个模型，这里可以看出，如果相机镜头跟成像面的距离，也就是焦距不对 ，那么必然要进行调焦 。在实际情况中，在大多数相机中，CCD是固定不动的，我们通过移动整个镜头离成像面的距离来完成对焦（镜头的物理焦距依然没有发生改变，这也是定焦镜头可以调焦的原理 ）。
为什么改变物体距相机的距离后，我们要重新进行调焦？
原因如下：即使是同一个高度点，在不同距离上，摄影焦距也是不一样的 ，因而需要调焦，示意图如下，A1、A2的摄影焦距显然不一样：
图14 不同成像距离，摄影距离不同，因而需要调焦
有人又问了，如果发生发生下面这个场景，图像不会混叠吗？A1、A3好像成像在同一点上，首先A3是可以清晰成像的，A1显然不行。
图15 不同距离、高度下光路混叠现象
其次，从理论上讲，A1、A3在CCD上就是呈现为同一点，那怎么区分A1、A3点呢？拜托，动下脑子，如果有A3点，你能看到A1点吗？
需要提的一点是，在之后的模型推导中，我们会将整个相机模型简化为小孔成像模型，就像下图这样，这并不会影响我们之后公式推导的准确性。
图16 简化的相机小孔成像模型
对于上面的理解，这里只要求你大致了解，知道为什么需要调焦就好，因为传统的相机光学真的是门非常复杂、高深的学问，可以讲好久，在这里我跟你讲的还是化简后的相机模型。
简单说，焦距有两种，镜头的物理焦距和摄影焦距，物理焦距一般出厂后就固定了，我们调整的是摄影焦距，恰当的摄影焦距才能使图像清晰成像。
4.2 景深
前面有个问题，我们知道头顶平面可以清晰成像，那么鼻子的位置就不能清晰成像了吗？
事实上，我们所谓的清晰是一个相对的概念，人眼的分辨能力有限，只要该区域足够小，我们就认为它是清楚的。模型如下所示：
图17 景深：相机在一段范围内都可以认为是清晰成像的
在平面前后一定距离范围内，从a到c，我们可以认为成像都是清晰的，这一深度范围称为景深 。焦点附近，也就是在景深范围内清晰，而前后方景物都比较模糊，实际的图像如下：
图18 景深范围内清晰，范围外模糊
4.3 光圈
光圈大小是用 f 值来刻画的，意思是开了几分之几，影响镜头的进光量。光圈值为f/2.0，意思是开了1/2，常见的光圈值如下所示：
图19 镜头光圈大小
光圈的大小除了影响进光量外，也会影响景深，简单说：光圈越大，景深越小 。
图20 光圈影响景深原理图
较大的光圈意味着更大的进光量，有利于弱光环境下拍摄，一般来说，镜头越亮约好，但是大光圈镜头也意味着景深不够。
4.4 常见镜头标识
关于工业相机中常见的镜头标识大致如下：
图21 镜头常见标识
还有一些镜头标识，当你看到了不认识，请百度一下！因为有时候我也会不认识上面的标志。
05 相机参数
关于相机的参数就简单多了，下面简要叙述：
分辨率 相机每次采集图像水平和竖直方向的像素点数，对应于CCD水平和竖直方向排列的感光元的个数，常见的分辨率有：。像元大小 单个像素的物理尺寸大小，一般来说，像元尺寸越小，制造难度越大，图像质量也越不容易提高。目前工业数字相机像元尺寸一般为3~4 。靶面尺寸 通常厂家会告诉你实际CCD的靶面尺寸，其并不完全等于分辨率 像元大小，常见的相机靶面尺寸查询http://shixinhua.com/camera/2012/06/7.html。像元大小和像元数（分辨率）两者共同决定相机靶面的大小，是此消彼长的关系，所以我们选择相机的时候也并不是分辨率越高越好，而是挑选合适的分辨率。像素深度 每个像素的位数，含义如下，比如说一副灰色图像的像素深度为 8 bit，那么意味着它有 级灰度（对于三通道的彩色图像来说，意味着 种颜色）。常见的像素深度有 8、10、12 bit。像素深度过浅，会使图像看起来不自然。而增加像素深度可以增加测量的准确性，但是也会降低系统的速度，并且提高系统集成的难度。知道了像素深度概念，你就能明白为什么大多数工业相机都是黑白相机了吧？最大帧率/行频 相机采集和传输图像的速度，一般来说有两种类型相机：面阵相机：每秒采集的帧数（Frames/Sec）；线阵相机：每秒采集的行数（HZ）；曝光方式 线阵相机：逐行曝光，有固定行频和外触发同步形式；面阵相机：帧曝光、场曝光、滚动曝光等形式，也提供外触发同步形式；所谓外触发同步，指的是外部给一个信号，相机即开始拍摄图像。曝光时间 也称为快门速度，指从快门打开到关闭的时间间隔，在这一段时间内，物体可以在底片上留下影像。曝光时间 快门速度共同决定了曝光量。曝光时间不能设置太长，其会增加照片的底噪，也不能设置太短，会导致曝光不足，要看需要而定：在暗光条件下，比如说拍星星，曝光时间就要设置几个小时。而在亮光情况下，拍摄运动的汽车，曝光时间就不能设置太长，否则会行成残影。光谱响应特性 指传感器对不同光波的敏感特性，一般来说，响应范围都在350nm~1000nm间。有的相机在靶面前面会增加一个滤镜，滤除红外线，如果系统需要多红外光感应，可以去除该滤镜。信噪比 相机的信噪比定义为图像中信号与噪声的比值，代表了图像的质量，图像信噪比越高，相机性能和图像质量越好。06 相机和镜头选取
下面这些参数，主要用在相机、镜头选取的计算中：
工作距离 （Working distance, WD）：镜头最外端到被测物体距离。视场范围 （Field of View, FV）：实际拍摄到区域尺寸。视场角 （Angle of View, FOV）：影响理论视场范围。图22 视场角和视场范围关系
光学放大倍数 （Magnification, B）：芯片尺寸除以视野范围；图23 光学放大倍数
下面我们来讲一些主要参数的选取：
1.相机
·CCD or CMOS· CCD 提供更好的图像质量、抗噪能力，CMOS体积更小，但噪声会更多一点。当然，这不是绝对的，还是钱决定的。· CCD尺寸· 有钱的话，尽量买大一点的。· 合适的分辨率· 对于视野范围为 ，要求测量精度为 ，那么横/竖放下的分辨率至少为 像素，通过我们不会用一个像素对应一个测量精度，一般选择倍数为4、甚至更高，这样相机单方向的分辨率为 ，相机的分辨率：。这也是为什么结构光系统视野范围大则测量精度低的原因。
· 足够的相机帧率· 当被测物体有运动要求，相机的帧率不能太低，对于一些高速运动的物体，可以选择2.镜头
· 镜头接口：跟相机接口匹配，也可以外加转换口后匹配，并且镜头可支持的最大CCD尺寸应大于选配相机CCD尺寸大小。· 镜头焦距根据相机CCD尺寸、工作距离、视场大小（物体的高/宽）计算所需镜头的焦距，如下：图24 根据CCD尺寸、工作距离、视场大小计算所需的镜头焦距· 镜头光圈范围光圈大小决定图像亮度，在拍摄高速运动物体、曝光时间很短的应用中，应选用大光圈镜头以提高图像亮度。07 附录
1、FlyCapture2工业相机使用说明书： 在公众号「3D视觉工坊 」，后台回复「工业相机 」，即可直接下载。
2、图像传感器报告摘要
链接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/137375626
参考链接
[1]工业相机与单反相机的区别 <知乎，微光启明，国防科技大学，工学博士>：https://zhuanlan.zhihu.com/p/95829433
[2]工业相机镜头接口类型 <知乎，微光启明，国防科技大学，工学博士>：https://zhuanlan.zhihu.com/p/100984490
[3]工业相机数据接口标准 <电子发烧友，judyzhong>：http://www.elecfans.com/dianzichangshi/20171117581055.html
[4]工业相机和镜头主要参数 <CSDN，非凡初来乍到>：https://blog.csdn.net/qq_38241538/article/details/84106969
[5]相机镜头工作原理图解<Paincker,学习思考>：https://www.paincker.com/how-the-lens-works
本文仅做学术分享，如有侵权，请联系删文。
下载1
在「3D视觉工坊」公众号后台回复：3D视觉， 即可下载 3D视觉相关资料干货，涉及相机标定、三维重建、立体视觉、SLAM、深度学习、点云后处理、多视图几何等方向。
下载2
在「3D视觉工坊」公众号后台回复：3D视觉github资源汇总， 即可下载包括结构光、标定源码、缺陷检测源码、深度估计与深度补全源码、点云处理相关源码、立体匹配源码、单目、双目3D检测、基于点云的3D检测、6D姿态估计源码汇总 等。
下载3
在「3D视觉工坊」公众号后台回复：相机标定， 即可下载独家相机标定 学习课件与视频网址；后台回复：立体匹配， 即可下载独家立体匹配 学习课件与视频网址。
相关问答
工业镜头 和一般镜头有什么区别?1、清晰度不一样镜头在成像面中心的分辨率是最高的,在边沿的差之。一般镜头在中心分辨率能够基本上符合清晰度的同一时间,边沿的清晰度下降许多,整体清晰度...
工业镜头 的特点有哪些呢?_天涯问答工业镜头的特点有哪些呢?_天涯问答
工业镜头 的特点是什么?_天涯问答工业镜头的特点是什么?_天涯问答
怎样选择合适的 工业镜头 ?四、成本和技术成熟度如果所有的因素考虑完之后有多项方案都能满足要求,此时便可以考虑成本和技术成熟度,进行权衡择优选取。五、光圈和接口一般来说,工业...
工业 相机与普通相机有什么区别?工业相机与民用相机的区别1、工业相机的性能强劲,稳定可靠,易于安装,相机结构紧凑结实不易损坏,连续工作时间长,可在较恶劣的环境下使用,一般的数码相机是做...
工业镜头 监控镜头区别?，工业监控质量好吗??[回答]哈哈我也是看的很清楚但看清楚了却更糊涂了宏博源机械设备还是很强的,优势明显。我个人认为宏博源比挺好,毕竟是大厂家,品质高,质量保证。他家连...
150w像素的 镜头 配200w的 工业 相机会影响成像质量吗?会受到影响,工业镜头的分辨率以及靶面大小一定要大于你相机的分辨率以及sensor的靶面大小,否则会损失你的图像精度以及视野范围。你选择的是什么工业镜头?会...
各位大神 急急急!!! 工业镜头 监控镜头区别?，工业监控哪个最好??[回答]看着就是满意,怎么买我们是深圳宏博源,我们相信我们的实力和经验,并且凭我们认真细致的工作精神,经济有效的专业设计,严格的施工督导,可靠的设备配...
工业镜头 的景深是否是越大越好?工业镜头的景深是否越大越好?答:谢谢邀请。这要视项目的需要而定,应用效果是景深越大越好,有些需短焦距镜头的项目,景深比较容易满足,而有些项目则需要高...
大佬们 请问一下: 工业镜头 监控镜头区别?，工业监控外观怎么样??[回答]宏博源机械设备推广效果很好很给力,完美解决了我的难题,非常满意,是很优秀的团队我们是深圳宏博源,我们相信我们的实力和经验,并且凭我们认真细致...
