如何选择可变放大倍率镜头？

选择成像镜头时，必须了解成像系统的基本系统参数（详情参见成像系统中的6种基本参数)。在正确选择镜头之前，至少要考虑工作距离、视场和分辨率等因素。

对此，可以假设固定焦距镜头、变焦镜头和微距镜头具有相同的工作原理，并可按照相同的方式进行选择。假设变焦镜头规定了具体焦距，且变焦功能已锁定。

所有可变放大倍率镜头都根据公式1进行对焦。

当z’为像距（可视为成像平面和最后一个元件的距离），z为物距（或对焦物体和前方镜头元件的距离），f为镜头焦距。这是一种近似公式，其假定条件是镜头厚度为零，用以说明像距和物距的关系。对于给定焦距，随着物距（工作距离）增加，像距亦随之增大。

对于单镜头元件，比如平凸镜头或双凸镜头，该公式有助于在给定物距和像距情况下，确定正确焦距。但在采用多元件物镜的机器视觉系统中（如图1所示），这种公式具有以下几个不足之处：不能描述视场，且由于无法在机器视距镜头中测量成像距离，所以难以确定焦距。

通过采用放大倍率公式，即公式2，

其中h’和h分别为成像平面尺寸（通常是传感器尺寸）和视场，就可以重新将公式1转化成一个更有用的形式，如公式3所示。

公式3提供了一种快速轻松确定具体应用需要何种焦距镜头的方法，但前提条件是需给出视场和传感器尺寸等基本参数。

图1和2显示的是一些具有不同焦距和不同传感器（对应于各个y轴）的镜头按公式3产生的性能曲线。

图1:不同焦距镜头以及采用1/3"和1/1.8"传感器时的视场大小。

图2:不同焦距镜头以及采用2/3"和1"传感器时的视场大小。

这些曲线图有助于在已经选定相机的情况下，确定机器视觉镜头的正确焦距：只需沿着x轴至所需工作距离处，通过相应y轴（取决于所用传感器尺寸）确定坐标平面上的焦点位置。选用镜头时，最好先从形成焦点的最近一个镜头开始调查这可以显著缩小镜头选择范围。

此外，这些曲线图还能显示机器视觉系统中有关固定焦距镜头的一些要点。镜头的焦距越长，最小工作距离就越长，这是由其光学设计决定的。在镜头和相机之间增加隔圈可以缩短最小工作距离，但图像质量终会受到影响（详情参见镜头垫圈，垫片和焦距扩展器).

第二，传感器越大，在相同焦距镜头下的视场也越大。例如，工作距离为350mm时，2/3"传感器上的12mm镜头的视场约为370mm，但在相同工作距离下，1"传感器的视场约为530mm——增加了43%。最后，曲线图中存在一些空白，表明现成的标配固定焦距镜头不存在。例如，具有可用焦距的2/3"传感器无法在600mm的工作距离下获得525mm的视场。接近的镜头的焦距为8.5mm，这需要大约510mm的工作距离才能获得该视场。

这些曲线图只是缩小具体应用最佳适用镜头选择范围的第一步。它们不能解决图像质量、失真，相对照度或成像镜头其他重要质量问题，而只能提供具体传感器尺寸下的视场大小。关于如何按照分辨率选择镜头的问题，请详见根据分辨率选择镜头.