选择和理解工业相机与镜头的参数：相机成像系统的指南

1.1 视场

视场（Field of View，FOV）指成像系统中图像传感器可以监测到的最大区域。在机器视觉系统设计时，考虑到一般都会使被检测目标尽量填满整视场，因此常用视场大小代替目标的最大长度Lmax来计算视觉系统的像素分辨率。

如果横纵方向上视场大小为[FOVh，FOVv]，检测目标的最小特征的大小为[Ih，lv]，则图像传感器应具有的最小像素分辨率为：
$$R_{min}=[\frac{FO{V}_h}{l_h}\times P_{min},\frac{FO{V}_v}{l_v}\times P_{min}]$$

• $$P_{min}:最小特征的像素数$$
  成像系统视场的大小可以通过研究其成像规律得知。目前，机器视觉系统常用使用配备各种镜头系统的工业CCD/CMOS相机作为成像系统，透镜成像示意图如下所示：
  
  镜头系统一般使用透镜系统，其成像遵循高斯成像公式：

$$\frac{1}{f}=\frac{1}{u}+\frac{1}{v}$$

• f为焦距
• u为物距
• v为像距（实正虚负)

通常将像距与物距的比值定义为透镜的放大率M：
$$M=\frac{u}{v}$$

1.2 成像简化模型

由于对机器视觉成像系统来说，相机镜头到所检测目标的距离（称为工作距离，相当于物距）相对于相机焦距可近似认为是无穷远。若将其带入高斯成像公式，可得出此时相机像距近似等于其焦距，也就是说相机成像在焦平面上。据此，可以将镜头系统抽象为类似小孔成像的简化模型。

根据该简化模型，可以得出机器视觉系统图像传感器尺寸S（传感器平面某个方向上的长度)、视场FOV、工作距离WD及镜头焦距f之间的约束关系：
$$\frac{S}{FOV}=\frac{f}{WD}$$