對(duì)于每個(gè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)應(yīng)用，光學(xué)系統(tǒng)對(duì)整個(gè)圖像的質(zhì)量、準(zhǔn)確性、速度和重復(fù)性都至關(guān)重要。構(gòu)建機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)時(shí)，必須考慮應(yīng)用、分辨率、照明、景深、視場(chǎng)、處理速度和其他要素。但是，構(gòu)建的系統(tǒng)往往無(wú)法達(dá)到性能預(yù)期，或者使用了指定條件過(guò)多的組件。這兩種缺陷都需要付出高昂的代價(jià)，因?yàn)橛捎谥付l件不足而出現(xiàn)故障的系統(tǒng)必須重新設(shè)計(jì)，而指定條件過(guò)多的系統(tǒng)包含高價(jià)格組件。
  視覺(jué)系統(tǒng)從圖像中提取必要的信息，因此應(yīng)用將決定所需的圖像質(zhì)量。而機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)成像能力是由組件成像能力決定的。每個(gè)視覺(jué)系統(tǒng)都需要照明、鏡頭、相機(jī)以及計(jì)算機(jī)來(lái)分析圖像。應(yīng)該選擇適合應(yīng)用且相互補(bǔ)充的組件，避免對(duì)系統(tǒng)的某些部件指定過(guò)多質(zhì)量條件。
  要為應(yīng)用選擇適當(dāng)?shù)溺R頭，需要了解多種參數(shù)和概念。這些概念包括視場(chǎng)、工作距離、分辨率、對(duì)比度、遠(yuǎn)心度等。
        視場(chǎng)
  視場(chǎng)是被觀察物體的可視區(qū)域。換句話說(shuō)，就是整個(gè)物體中填充相機(jī)傳感器的部分。視場(chǎng)可以采用多種形式指定：對(duì)于縮放或變焦鏡頭，可以使用范圍的形式來(lái)指定（如10~50mm）；對(duì)于工作距離較廣的鏡頭，可以指定為一個(gè)角度規(guī)格（如25°）；對(duì)于固定放大倍率鏡頭，可以指定為一個(gè)固定數(shù)值（如25mm）。但是，如果使用了不同尺寸的成像陣列，所有這些規(guī)格都會(huì)發(fā)生變化。
  市場(chǎng)上有許多不同尺寸的陣列。要選擇合適的鏡頭，就必須了解陣列的實(shí)際尺寸。陣列變大，視場(chǎng)也會(huì)隨之增大；反之，傳感器變小，視場(chǎng)也會(huì)隨之減小。通過(guò)鏡頭的放大倍率，可以指定相應(yīng)的視場(chǎng)以顧及不同的成像器幅面。鏡頭的放大倍率是系統(tǒng)的主要放大倍率，被稱(chēng)為主要放大倍率。
    主要放大倍率
  主要放大倍率描述了可以在特定傳感器陣列中看到的物體范圍，其計(jì)算方式為：主要放大倍率=傳感器尺寸/視場(chǎng)或視場(chǎng)=傳感器尺寸/主要放大倍率。
   最后，需要尋找與所選相機(jī)配合使用時(shí)能滿足視場(chǎng)需求的鏡頭。通過(guò)為這一公式求解，可以了解需要哪種放大倍率的鏡頭，或者放大倍率或傳感器尺寸變化后可以獲得多大的視場(chǎng)。此外，還必須了解傳感器尺寸（也稱(chēng)為芯片或傳感器幅面）才能使用這些公式。例如，所需視場(chǎng)=12.8mm、水平傳感器尺寸=6.4mm時(shí)，主要放大倍率=6.4mm/12.8mm，主要放大倍率=0.5X。
   每個(gè)鏡頭都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)主要放大倍率或主要放大倍率范圍，這不受所使用傳感器的尺寸影響，因?yàn)橹饕糯蟊堵适晴R頭的一種屬性。需要注意的是，如果鏡頭的焦距接近無(wú)窮遠(yuǎn)，則其主要放大倍率接近于零。在這些情況下，使用視場(chǎng)角值可以更加輕松地確定視場(chǎng)。  

   圖1：主要放大倍率是鏡頭的一項(xiàng)屬性，描述了可以在特定傳感器陣列中看到的物體范圍。通過(guò)鏡頭的放大倍率，可以指定相應(yīng)的視場(chǎng)以顧及不同的成像器幅面。
   工作距離
   工作距離是指從鏡頭前端到被觀察物體之間的距離。一些鏡頭（如物鏡）具有固定的工作距離，但也有許多鏡頭的工作距離是在特定范圍內(nèi)的。盡管工作距離可能是需要指定的參數(shù)中最簡(jiǎn)單的一個(gè)，但在確定適合應(yīng)用的最佳工作距離時(shí)，仍然必須考慮一些細(xì)節(jié)。總的來(lái)說(shuō)，在考慮工作距離時(shí)，系統(tǒng)尺寸、移動(dòng)部件、飛揚(yáng)的碎屑以及照明等各方面都必須列入考量范疇。此外，鏡頭系統(tǒng)的放大倍率越高，工作距離就越長(zhǎng)。如果需要在工作距離較長(zhǎng)時(shí)達(dá)到較高的放大倍率，系統(tǒng)尺寸可以進(jìn)一步增加。  

    圖2：工作距離是指從鏡頭前端到被觀察物體之間的距離。分辨率是被觀察物體的最小特征尺寸。鏡頭的景深是鏡頭在物體位置靠近或遠(yuǎn)離最佳焦點(diǎn)時(shí)，保持所需圖像質(zhì)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(guò)分析分辨率和對(duì)比度之間的關(guān)系，可以了解極為實(shí)用的調(diào)制傳遞函數(shù)。分辨率是對(duì)成像系統(tǒng)再現(xiàn)物體細(xì)節(jié)能力的測(cè)量。例如，假設(shè)一個(gè)白色背景上有一對(duì)黑色方形。如果這兩個(gè)方形在鄰近的像素上成像，則會(huì)在圖像中顯示為一個(gè)大的黑色矩形。為了加以區(qū)分，這兩個(gè)方形之間需要留出一定的空間。只要找出看見(jiàn)兩個(gè)方形所需的最小距離即可了解系統(tǒng)的分辨率極限。交替的黑白方形之間的關(guān)系通常被描述為線對(duì)。

    圖3：條狀目標(biāo)由不同頻率的線對(duì)組成，而星標(biāo)則由具有連續(xù)頻率的楔形組成。條狀目標(biāo)中的正交線非常有用，因?yàn)橥ㄟ^(guò)圖像中x和y平面中所顯示不同的誤差，用戶能成功地測(cè)試出系統(tǒng)是否存在誤差（散光誤差）。條狀目標(biāo)受到有限的頻率等級(jí)限制。星標(biāo)沒(méi)有這一缺陷，但它們的解譯難度更高。
     對(duì)比度
    鏡頭對(duì)比度通常以再現(xiàn)物體的對(duì)比度百分比來(lái)定義。圖像的分辨率和對(duì)比度可以單獨(dú)定義，但同時(shí)也密切相關(guān)。實(shí)際上，沒(méi)有指定特定對(duì)比度的分辨率往往毫無(wú)意義。同樣地，對(duì)比度也取決于分辨率頻率。  

   圖4：對(duì)比度并不是常量，它取決于頻率。圖中上方的圓點(diǎn)可以通過(guò)鏡頭成像。它們略微模糊。如果斑點(diǎn)進(jìn)一步移近，模糊部分將重疊，且對(duì)比度下降。斑點(diǎn)靠近到足以使對(duì)比度達(dá)到極限的距離時(shí)，其間距即為分辨率。
    景深
  鏡頭的景深是鏡頭在物體位置靠近或遠(yuǎn)離最佳焦點(diǎn)時(shí)，保持所需圖像質(zhì)量的能力。景深也適用于具有一定深度的物體，因?yàn)楦呔吧畹溺R頭可以清晰呈現(xiàn)整個(gè)物體的圖像。當(dāng)物體放置得過(guò)近或過(guò)遠(yuǎn)而偏離工作距離時(shí)，鏡頭就會(huì)失焦，分辨率和對(duì)比度也都會(huì)受到影響。因此，只有同時(shí)定義了關(guān)聯(lián)分辨率和對(duì)比度的景深才有意義。
    畸變
   畸變是一種幾何光學(xué)誤差（像差）。在畸變中，有關(guān)物體的信息只是在圖像中發(fā)生了錯(cuò)位，而非真正丟失?；兛赡芫哂袔追N不同的形式：一種是單向畸變，也就是從圖像中心向邊緣偏移的一致性正/負(fù)畸變。單向畸變具有兩種形式：桶形（負(fù)）和枕形（正）。
    最后，盡管要構(gòu)建一個(gè)完整的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，但必須了解其中的每個(gè)元件才能達(dá)到理想效果。所使用的光學(xué)元件可以顯著影響整個(gè)圖像的質(zhì)量，確保準(zhǔn)確性和重復(fù)性，并且提高系統(tǒng)的總體速度。應(yīng)用成功的基礎(chǔ)是完全承認(rèn)沒(méi)有哪個(gè)鏡頭可以解決所有應(yīng)用問(wèn)題。