工业镜头(二) | 视觉硬件篇

了解了光学系统的基本知识后,接下来就可了解工业光学镜头的相关参数,只要掌握好这些参数,你就可以选一款合适你的工业镜头啦。

1 焦距

焦距是镜头的重要参数之一,光学系统的焦距指的是主点到焦点的距离。焦距直接决定了像与实际物体直接的比例,在物距一定的情况下,要想得到大比例的像,就要选用长焦距的镜头;反之,短焦距的镜头可以得到小比例的像。


自物方主点 H 到物方焦点 F 的距离称为物方焦距或前焦距 f ;类似地,自像方主点 H' 到像方焦点 F'的距离称为像方焦距或后焦距 f'。


2 光圈数(F数)

相对孔径为入瞳直径与焦距的比值 D/f ,它主要影响像面的照度。

镜头通常采用光圈数 F 来表示通光孔径的大小,光圈数 F 数为相对孔径的倒数,即:F =f /D

3 视场角(FOV:Field of view)

镜头的视场角决定了被拍摄景物的范围,视场角越大,视野就越大。视场角与焦距的关系如下:

其中,为视场角,H为像面直径,f为焦距。

长焦距的镜头的视场角较小,能对远处景物拍摄获取较大的像,适于远距离摄影;短焦距的镜头的视场角较大,能拍摄近处较大范围内的景物,又称之为广角镜头;介于二者之间,焦距属于中等,约等于幅面对角线长度的镜头,称之为标准镜头。

4 像面尺寸

现在市面上通用的都是以CCD或者CMOS传感器为主的像面接受器,分为了面阵和线阵两种。面阵的像面为一个矩形,线阵的像面为一个线形。在镜头的选型中要特别注意的是,相机传感器的工作区域必须包含在镜头的圆形像面中,否则所成像四周由于没有光线进入而呈现黑边的现象。

面阵传感器是有许多像素单元组成的一个矩形阵列,面阵传感器的大小通常是由其矩形的对角线长度来表示的,单位为英寸,如下表:

线阵传感器由许多像素单元组成,这些像素单元排成了一列。线阵传感器的大小以像素单元的数量与大小来表示,如1K, 2K, 4K, 8K等,像素单元为3.4um, 7um, 10um等。

5 景深

当把物镜调焦到某一摄影对象时,在该对象的前后能在像面上呈清晰像的范围,称为景深。下图中的景深为:

。


影响景深的因素很多,其中包括焦距、光圈和拍摄距离:

焦距:镜头焦距越长,景深越小;焦距越短,景深越大。

光圈:光圈越大,景深越小;光圈越小,景深越大。

拍摄距离:拍摄距离越远,景深越大;拍摄距离越近,景深越小。

6 工作波长

光学镜头都是针对一定波长范围内的光波工作,在此波长范围内的,能够通过镜头在像面上成一清晰像,而在此范围外的光波,则难以校正像差,成像质量差,分辨率低。

光实际上是一种电磁波,通常按照波长对光进行分类,如下:

7 工作距离

工作距离(Work Distance)是指被摄物体到相机底片的距离,如果小于镜头的最小工作距离,则会出现成像不清晰的情况。


8 分辨率

在现实中,许多人都只看相机的分辨率,并没有太注意镜头的分辨率,其实镜头也是有分辨率这一个参数的。分辨率是评价镜头质量的一个重要参数,定义为在像面处镜头在单位毫米内能够分辨开的黑白相间的条纹对数,如下图:



分辨率为1/2d,其中,d 为线宽。分辨率的单位为为lp/mm(线对 / 毫米)。


影响镜头分辨率的主要因素有镜头结构、材质、加工精度等。同时:

镜头光圈越大,分辨率越高;

波长越短分辨率越高;

同档次的固定焦距镜头比变焦镜头分辨率高;

短焦镜头一般边缘分辨率比中心低,长焦镜头一般中心比边缘分辨率低。

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