鏡頭是高光譜成像光譜儀的關鍵設備，它的質量（指標）優劣直接影響高光譜成像光譜儀的整機指標，因此，鏡頭的選擇是否恰當關系到高光譜成像光譜儀整機的質量。

1、鏡頭的分類

（1） 以鏡頭安裝分類

所有的高光譜成像光譜儀鏡頭均是螺紋口的，CCD高光譜成像光譜儀的鏡頭安裝有兩種工業標準，即C安裝座和CS安裝座。兩者螺紋部分相同，但兩者從鏡頭到感光表面的距離不同。

C安裝座：從鏡頭安裝基準面到焦點的距離是17.526mm。

CS安裝座：特種C安裝，此時應將高光譜成像光譜儀前部的墊圈取下再安裝鏡頭。其鏡頭安裝基準面到焦點的距離是12.5mm。如果要將一個C安裝座鏡頭安裝到一個CS安裝座高光譜成像光譜儀上時，則需要使用鏡頭轉換器。

（2） 以高光譜成像光譜儀鏡頭規格分類

高光譜成像光譜儀鏡頭規格應視高光譜成像光譜儀的CCD尺寸而定，兩者應相對應。即高光譜成像光譜儀的CCD靶面大小為1/2英寸時，鏡頭應選1/2英寸。高光譜成像光譜儀的CCD靶面大小為1/3英寸時，鏡頭應選1/3英寸。高光譜成像光譜儀的CCD靶面大小為1/4英寸時，鏡頭應選1/4英寸。如果鏡頭尺寸與高光譜成像光譜儀CCD靶面尺寸不一致時，觀察角度將不符合設計要求，或者發生畫面在焦點以外等問題。

（3） 以鏡頭的視場大小分類

標準鏡頭：視角30度左右，在1/2英寸CCD高光譜成像光譜儀中，標準鏡頭焦距定為12mm，在1/3英寸CCD高光譜成像光譜儀中，標準鏡頭焦距定為8mm。

廣角鏡頭：視角90度以上，焦距可小于幾毫米，可提供較寬廣的視景。

遠攝鏡頭：視角20度以內，焦距可達幾米甚至幾十米，此鏡頭可在遠距離情況下將拍攝的物體影響放大，但使觀察范圍變小。

變倍鏡頭（zoom lens）：也稱為伸縮鏡頭，有手動變倍鏡頭和電動變倍鏡頭兩類。

可變焦點鏡頭（vari-focus lens）：它介于標準鏡頭與廣角鏡頭之間，焦距連續可變，即可將遠距離物體放大，同時又可提供一個寬廣視景，使監視范圍增加。變焦鏡頭可通過設置自動聚焦于最小焦距和最大焦距兩個位置，但是從最小焦距到最大焦距之間的聚焦，則需通過手動聚焦實現。

針孔鏡頭：鏡頭直徑幾毫米，可隱蔽安裝。

（4） 從鏡頭焦距上分

短焦距鏡頭：因入射角較寬，可提供一個較寬廣的視野。

中焦距鏡頭：標準鏡頭，焦距的長度視CCD的尺寸而定。

長焦距鏡頭：因入射角較狹窄，故僅能提供狹窄視景，適用于長距離監視。

變焦距鏡頭：通常為電動式，可作廣角、標準或遠望等鏡頭使用。

2、選擇鏡頭的技術依據

（1） 鏡頭的成像尺寸

應與高光譜成像光譜儀CCD靶面尺寸相一致，如前所述，有1英寸、2/3英寸、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸、1/5英寸等規格。

（2） 鏡頭的分辨率

描述鏡頭成像質量的內在指標是鏡頭的光學傳遞函數與畸變，但對用戶而言，需要了解的僅僅是鏡頭的空間分辨率，以每毫米能夠分辨的黑白條紋數為計量單位，計算公式為：

鏡頭分辨率N=180 / 畫幅格式的高度。

由于高光譜成像光譜儀CCD靶面大小已經標準化，如1/2英寸高光譜成像光譜儀，其靶面為寬6.4mm*高4.8mm，1/3英寸高光譜成像光譜儀為寬4.8mm*高3.6mm，因此對1/2英寸格式的CCD靶面，鏡頭的最低分辨率應為38對線/mm。對1/3英寸格式高光譜成像光譜儀，鏡頭的分辨率應大于50對線，高光譜成像光譜儀的靶面越小，對鏡頭的分辨率越高。

（3） 鏡頭焦距與視野角度

首先根據高光譜成像光譜儀到被監控目標的距離，選擇鏡頭的焦距，鏡頭焦距f 確定后，則由高光譜成像光譜儀靶面決定了視野。

（4） 光圈或通光量

鏡頭的通光量以鏡頭的焦距和通光孔徑的比值來衡量，以F為標記，每個鏡頭上均標有其最大的F值，通光量與F值的平方成反比關系，F值越小，則光圈越大。所以應根據被監控部分的光線變化程度來選擇用手動光圈還是用自動光圈鏡頭

3、鏡頭與高光譜成像光譜儀CCD尺寸的關系

1/2“鏡頭既可用于1/2”高光譜成像光譜儀，也可用于1/3“高光譜成像光譜儀，但視角會減少25%左右。1/3”鏡頭不能用于1/2“高光譜成像光譜儀，只能用于1/3”高光譜成像光譜儀。

4、鏡頭的主要性能指標有以下幾個：

（1） 焦距

焦距的大小決定著視場角的大小，焦距數值小，視場角大，所觀察的范圍也大，但距離遠的物體分辨不很清楚;焦距數值大，視場角小，觀察范圍小，只要焦距選擇合適，即便距離很遠的物體也可以看得清清楚楚。由于焦距和視場角是一一對應的，一個確定的焦距就意味著一個確定的視場角，所以在選擇鏡頭焦距時，應該充分考慮是觀測細節重要，還是有一個大的觀測范圍重要，如果要看細節，就選擇長焦距鏡頭;如果看近距離大場面，就選擇小焦距的廣角鏡頭。

（2） 光闌系數（光通量）

即光通量，用F表示，以鏡頭焦距f和通光孔徑D的比值來衡量。每個鏡頭上都標有最大F值，例如6mm/F1.4代表最大孔徑為4.29毫米。光通量與F值的平方成反比關系，F值越小，光通量越大。鏡頭上光圈指數序列的標值為1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，16，22等，其規律是前一個標值時的曝光量正好是后一個標值對應曝光量的2倍。也就是說鏡頭的通光孔徑分別是1/1.4，1/2，1/2.8，1/4，1/5.6，1/8，1/11，1/16，1/22，前一數值是后一數值的根號2倍，因此光圈指數越小，則通光孔徑越大，成像靶面上的照度也就越大。

另外鏡頭的光圈還有手動（MANUAL IRIS）和自動光圈（AUTO IRIS）之分。配合高光譜成像光譜儀使用，手動光圈適合亮度變化不大的場合，它的進光量通過鏡頭上的光圈環調節，一次性調整合適為止。自動光圈鏡頭會隨著光線的變化而自動調整，用于室外、入口等光線變化大且頻繁的場合。

責任編輯：tzh