做机器视觉需要了解与掌握的东西繁杂，上至图像处理算法，下至相机标定，都要有较为深刻的理解方能设计好解决问题的方案。最近涉猎到相机选型的内容，简单了解相机镜头成像的原理，今使用几何光学画图法总结之。

• 平行光汇聚相机镜头（凸透镜）的焦点处，发光点穿过相机镜头光心与过焦点的线交于一点，这一点所在的平面是焦平面，也就是发光点的成像面，如下图。

• 物距、像距、焦距

根据高斯成像公式：

其中 f 为焦距，u 为物距，v 为像距。物距为发物体到相机光心 o 的距离，像距为成像面到光心 o 的距离。

其中当物距在2倍焦距与无穷远之间时，像距在1倍焦距与2倍焦距之间，呈倒立缩小的像。这就是相机的成像原理。如下图。

当物体在2倍焦距与1倍焦距之间时，像距在2倍焦距与无穷远之间，呈倒立放大的像。这就是投影仪成像的原理。如下图。

当物体在2倍焦距上时，像距=物距，像距也在2倍焦距上，呈倒立等大的像。

当物体在1倍焦距上时，不呈像，是平行光，不聚焦。如图。

当物体在1倍焦距内，在物体这一侧呈正立放大的虚像，这是放大镜的原理。

• 景深与焦距、光圈大小、物距的关系

景深（DOF），是指在摄影机镜头或其他成像器前沿能够取得清晰图像的成像所测定的被摄物体前后距离范围。

由上面物距、像距、焦距的关系知道了像距是是随着物距变化的，所以当相机靶面（光照在上面形成图像）恰好在像距的位置上（焦平面）时，那么物体所呈的像汇聚于靶面一点，此时成像最清晰。如果不在焦平面上，那么呈一个模糊的像，在一定的范围内，物体的前后距离称为景深。如图。

在成像端，红色是呈清晰像的位置，当靶面在两个绿色线段之间，所呈像的模糊程度是可以接受的，那么对应到物体端，两个绿色线段的距离是景深。在成像端，两个绿色线上会出现弥散圆，弥散圆，指的是物点成像时，由于像差，其成像光束不能会聚于一点，在像平面上形成一个扩散的圆形投影。弥散圆在焦点前后，光线开始聚集和扩散，点的影象变成模糊的，形成一个扩大的圆。那么景深边缘所对应的弥散圆称为容许弥散圆，这个圆的半径一般有相机厂家给出，与相机分辨率有关。

几个规律：

焦距越长，景深越小；

光圈越大，景深越小；

物距越小，景深越小。

• 相机镜头的选择

确定镜头的焦距：

放大率F = 像元尺寸/幅宽 （相机选择了之后，像元尺寸也就确定了）

焦距=工作距离*放大率/（放大率+1）

镜头尺寸大于相机靶面直径。

镜头上far与near是什么意思呢？在不同工作距离下，用来调焦用的。工作距离近，向near方向旋转，工作距离远，向far旋转。

far尽头在一倍焦距的位置的镜头，有一个工作距离点A，从A到无穷远处都是清晰的，但有的镜头far点没在一倍焦距，因此再增加工作距离，图像会模糊。