對於每個機器視覺系統應用，光(guang)學系統對整個圖像的(de)質量、準確性、速度和重复性都至關重要。構建機(ji)器視覺系(xi)統時，必须考虑(lv)應用、分辨率、照(zhao)明、景深、視場、處(chu)理速度和其他要(yao)素。但是，構建的系統往往无法達到性能预期，或者使用了指定条件(jian)過多的組件(jian)。这兩(liang)種缺(que)陷都需要付出高昂的代价，因為由於指定条(tiao)件不足而出現故障(zhang)的系統必须重新設計，而指定条(tiao)件過多(duo)的系統包含高价格組件。
視覺系統从圖像中提取必要(yao)的信息，因(yin)此應用將決定所需(xu)的圖像質量。而機器視覺系統成像能(neng)力是(shi)由組件成像能力決定的。每個視覺系統都(dou)需(xu)要照明、镜头、相機以及計算機來分析圖(tu)像。應该選擇適合應用且相互(hu)补充的組件(jian)，避免對系(xi)統的某些部件指定過多質量条(tiao)件。
要(yao)為應(ying)用選擇適当的镜头，需(xu)要了解多種參数和概念。这些概念包(bao)括視場(chang)、工作距离、分辨率、對比度、远心(xin)度等(deng)。
視場
視場是被觀察物體的可視區(qu)域(yu)。换句話說(shuo)，就是整個物體中填充相機傳(chuan)感器的部分。視場可以采用多種(zhong)形式(shi)指定：對於縮放或變焦镜头，可以(yi)使用(yong)範围的形式來指定（如10~50mm）；對於(yu)工作距(ju)离较廣的镜头，可以(yi)指定為一個角度規格（如25°）；對於固定放大倍(bei)率镜(jing)头，可以指定為一個固定数值（如25mm）。但是，如果(guo)使用了不同尺寸的成像阵列，所有这些規(gui)格都(dou)會发生變化。
市場上有許多(duo)不同(tong)尺寸的阵列。要(yao)選擇合(he)適的镜头，就必须了解阵列的(de)實际尺(chi)寸。阵列變大，視場也會随之增大；反之，傳感器變小，視場也會随(sui)之减小。通(tong)過镜头的放(fang)大倍率，可以指(zhi)定相應的視場以(yi)顧及不同的成像器幅面。镜头的放大倍率是系統的主要放大倍率，被称為主要放大倍率。
主要放大倍率
主要放大倍率描(miao)述了可以在特定傳感器阵列中(zhong)看到的物體範围，其計算方式為：主要放大(da)倍率(lv)=傳感器尺寸(cun)/視場或(huo)視場=傳感器尺寸(cun)/主要放大(da)倍率(lv)。
最后，需要尋找與所選相機配合使用時能满足視(shi)場需求的镜头(tou)。通過為这一(yi)公式求解，可以(yi)了解需要哪種放大倍率的镜头，或者(zhe)放大(da)倍率或傳感器尺寸變化后可以获得多大的視場。此外，還必须了(le)解傳感器尺寸（也称為芯片或傳感器幅(fu)面）才(cai)能使用这些公式(shi)。例(li)如，所需視場=12.8mm、水平傳感(gan)器尺(chi)寸=6.4mm時，主要放大(da)倍率(lv)=6.4mm/12.8mm，主要放大(da)倍率(lv)=0.5X。
每個镜头都會產生一個主要放(fang)大倍率或主(zhu)要放大倍率範围，这不受所使用傳感器的尺寸影(ying)響，因為主要(yao)放大倍(bei)率是镜头的一種屬性。需要注意的(de)是，如果(guo)镜头的焦距接近无穷(qiong)远，則(ze)其主要放(fang)大倍率接近於零。在这些情况下，使(shi)用視場角值可以更加轻松地確(que)定視場。
圖1：主要(yao)放大倍(bei)率是镜头的一項屬性，描述了可以在特定傳感器阵列(lie)中看到(dao)的物體範围。通(tong)過镜头的放(fang)大倍率，可以指(zhi)定相應的視場以(yi)顧及不同的成像器幅面。
工作距离
工作距离(li)是指从镜头前端到被觀察物體(ti)之間的距离。一些(xie)镜头（如物镜(jing)）具有固定的(de)工作距离(li)，但也有許多镜头的工作距离是在特定範围内(nei)的。盡管工作距离(li)可能是(shi)需要指定的參数中最簡單的一個，但在確定適(shi)合應用的最佳工作(zuo)距离時，仍然必须(xu)考虑一些細節(jie)。总的來說，在(zai)考虑(lv)工作距离時，系(xi)統尺寸、移動部件、飞(fei)扬的碎屑以及照(zhao)明等各方面都必须列入考量範畴。此外，镜头系統的放大倍率(lv)越高，工作距(ju)离就越长。如(ru)果需要在工(gong)作距离较长時達到较高的放大倍率，系統(tong)尺寸可(ke)以進一步增加。
圖2：工作距离(li)是指从镜头前端到被觀察物體(ti)之間的距离。分辨率是被觀察物體的最小特征尺寸。镜头的(de)景深是镜头在物體位置靠近或(huo)远离最佳焦點時，保持所需圖像(xiang)質量的能力。
分辨率
分辨率是被觀察物體的最小特征尺寸。通過分析分辨(bian)率和對比度之間的關(guan)系，可以了解極為實用的(de)調製傳(chuan)遞函数。分(fen)辨率是對(dui)成像系統再現物體細節能力的測量。例(li)如，假設一個(ge)白色背景上有一對黑色方形(xing)。如果这兩個方形在鄰近的(de)像素上成像，則會在圖像中顯示為一個大的黑色矩形。為了加以區分，这兩個方形之間需要留出一定(ding)的空間。只要找出看见兩個方形所需的(de)最小距离即可了解系(xi)統的分辨率極限。交替的黑白方形之間的關系通(tong)常(chang)被描述為線對。
圖3：条状目標由不同頻率的線對組成，而星標則由具有连續頻(pin)率的楔形組(zu)成。条状目(mu)標中的正交線非常有(you)用，因為通過圖(tu)像中(zhong)x和y平面(mian)中所顯(xian)示不同的误差，用戶能成功地測試出系統是否(fou)存在(zai)误差（散光误差）。条状目(mu)標受到有(you)限的頻率等級限製。星(xing)標没有(you)这一缺陷，但它們的解译难度更(geng)高(gao)。
對比度
镜头對比度通常以再現物體的對比度百(bai)分比來(lai)定義。圖像的分辨率(lv)和對比度可以(yi)單独定義，但同時也密(mi)切相關。實际上，没有指定特定對比度的分辨率往往(wang)毫无意義。同樣地，對比度也取決於(yu)分辨(bian)率頻率。
圖4：對比(bi)度並不是(shi)常量，它取決於(yu)頻率。圖中上方的圆點可以通過镜头(tou)成(cheng)像。它們略微模糊。如果斑點進一步移近，模糊(hu)部分將重叠，且對比度下降。斑點靠近到足以使對比(bi)度達到極限的(de)距离時，其間距即(ji)為(wei)分辨率。
景深
镜头的(de)景深是镜头在物體位置靠近或(huo)远离最佳焦點時，保持所需圖像(xiang)質量的能力。景深也適用於具有一定(ding)深度的物(wu)體，因為高景深的镜头可(ke)以清晰呈現整個物體的圖(tu)像。当物體放(fang)置得過近(jin)或過远而偏离工作距离時，镜头就會失焦，分辨(bian)率和對比度也都會受(shou)到影響。因此，只有同時定義了關聯分辨率和對比度的景深才有意(yi)義。
畸變
畸(ji)變是一種几何光學(xue)误差（像差）。在(zai)畸變中，有關物體的信息(xi)只是在圖(tu)像中发生了错位，而非真正丢失。畸變可能具(ju)有(you)几種不同的形式：一種是單(dan)向(xiang)畸變，也就是从圖像中心向边缘偏移(yi)的一(yi)致性正/负畸變。單向畸變具有兩種形式：桶形（负）和枕形（正）。
最后，盡管要構建一(yi)個完整(zheng)的機器視覺系統，但必须了(le)解其(qi)中的每個元件才能達到理想效果。所使用的光學元件可以顯著影(ying)響(xiang)整個圖像的質量，確(que)保準確性和重复(fu)性，並且提高系(xi)統(tong)的总體速度。應用成(cheng)功的基礎是(shi)完全承認没有哪個镜头可以解決所有應用問題。
