不同的应用肯定是有不同的镜头技术需求，比如安防PTZ相机有变焦镜头的需要，而大部分机器视觉和车载应用是没有这种需求的，我们就先从共性的指标来说如何为成像系统选镜头。下面凯茉锐小编为您介绍：

首先要明确相机image sensor有多大，我们经常听说sensor的大小是几分之一英寸，如下图所示：

sensor一般都是矩形，长宽比有4：3，3:2 等比例。对角线的长度就是前面所说的若干分之一英寸（也有大于1英寸）。如上图，一英寸对应sensor尺寸是长边12.8mm，短边9.6mm，对角线长度是16mm。这个地方就很让人费解，1英寸换算成公制毫米单位是25.4mm，为什么这里1英寸的sensor对角线长是16mm，不是25.4mm？

图像传感器的尺寸是沿袭于显像管工业，过去显像管的尺寸除了有效的显示部分，还包括周围的宽边。

所以1英寸的显像管，其显示区域对角线长只有16mm。这样的传统被image sensor工业继承了下来，所有image sensor的尺寸都比标称的数值是缩水的。sensor的标称尺寸（英寸）与mm的转换关系如下：也就是小于1/2英寸的情况，除1.4111，大于等于1/2英寸的情况，除1.5875。

sensor说明书上会标示出对角线尺寸，1英寸叫type 1，1/2.3" 就叫type 1/2.3。

为什么Sensor厂要提供这个type数值呢？目的就是为了给设计者匹配合适的镜头卡口作为参考。在工业相机，机器视觉相机，车载相机设计时，我们经常不是直接为某个sensor设计一个新镜头，而是会从镜头厂提供已有的镜头里选一个，就可以在已经知道sensor type（format）的情况下，选择合适的镜头卡口，这样你就可以把现成的镜头买来，配上法兰盘，组装自己的相机。在加上一些卡口转换环之后，有些接口也可以在三种之间转换。

对于成像系统，物平面经过镜头汇聚成像于像平面，我们选镜头的第一个要求就是要确保image circle 要大于sensor的尺寸。如果小于，就会出现暗角。由于安装时可能会产生偏差，所以一般都会选择image circle略大于sensor尺寸。成像系统的工作状态总是受限在一定的距离范围内和角度内，图像质量也受这些指标的限制。这就需要选取镜头的FOV和焦距，在选择镜头时，一方面要考虑FOV覆盖的范围，一方面要平衡考虑图像质量的因素。

镜头CRA与sensor CRA的匹配是另一个选择镜头要考虑的因素。

镜头的光圈是另一个要考量的因素，大光圈会有比较高的通光量，但是会造成景深比较小，小光圈反之,安防和工业相机的一些镜头是配有可变光圈的，车载还有机器视觉领域往往用固定光圈的镜头，镜头光圈一般选择在F2.8到F1.6之间。

从工程实践上说，现在镜头厂会给一个镜头的解析力指标，一般都是以lp/mm为单位。比如厂家给了一款镜头的解析力是100lp/mm，也就是说该镜头在1mm的空间上可以解析100个线对，也就是相距10um的物体可以被分辨。解析力越高，镜头可分辨的物体距离越小，当然镜头也就越贵。从sensor的角度，sensor的pixel越小，sensor的分辨率越高。

如果sensor的pixel pitch是2.5um，那么在1mm的空间是可以放200对像素（1000/（2.5x2）），理论上就可以配合200lp/mm解析力的镜头。所以根据这种计算方法，就可以选择合适解析力的镜头。在实际工程应用上，往往会考虑更多的因素，比如成本等等来综合选择。

选型考量是相机的工作波段，我们往往觉得这只和sensor的感光波段有关，比如可见光RGBsensor，IR红外sensor，多光谱sensor等等。相机的工作波长同时也影响镜头选型。

镜头性能随着工作波长有着显着变化，比如在(UV)、可见光 (VIS)、近红外 (NIR)、短波红外 (SWIR) 或高光谱 (HS)这些不同的波段上，镜头的optical abrration和频率响应变化很大。比如你拿一个可见光用的镜头用在红外相机上，由于纵向焦点偏移高达 100 μm，你得到的图像很可能就是糊的。所以在设计非可见光成像时，不要自行凭感觉凭经验选镜头，一定要和镜头供应商讨论清楚，避免掉坑。

注：转载微信公众号《大话成像》