机器视觉-相机镜头光源介绍及选型-7.镜头参数

镜头参数
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1.镜头主要参数

相对孔径：
    是指该镜头入射光孔直径D与焦距f之比，即：相对孔径＝D / f

光圈系数：aperture scale
    即光通量，用F表示，以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。
    每个镜头上都标有最大F值，例如6mm / F1.4代表最大孔径为4.29毫米。光通量与F值的平方成反比关系，F值越小，光通量越大。
    镜头上光圈指数序列的标值为1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，16，22等，其规律是前一个标值时的曝光量正好是后一个标值对应曝光量的2倍。
    也就是说镜头的通光孔径分别是1 / 1.4，1 / 2，1 / 2.8，1 / 4，1 / 5.6，1 / 8，1 / 11，1 / 16，1 / 22，
    前一数值是后一数值的根号2倍，因此光圈指数越小，则通光孔径越大，成像靶面上的照度也就越大。

焦距：
    定义：
        单片凸透镜的焦距:焦点到透镜中心的距离。
        相机焦距:镜头中心点到CCD上所形成清晰影像之间距离,镜头一般由多块凸透镜组成
    性质：
        焦距与成像大小成正比，焦距越长成像越大，焦距越短成像越小
        焦距与视角大小成反比，焦距越长视角越小，焦距越短视角越大
        焦距与景深成反比，焦距越长景深越小，焦距越短景深越大
        焦距与透视感强弱成反比，焦距越长透视感越弱，焦距越短透视感越强
        焦距与反差成反比，焦距越长反差越小，焦距越短反差越大          

光圈：
    定义：控制光线透过镜头进入机内感光面的装置，通常是在镜头内。
    用途：当光线强烈光圈变小；当光线变弱光圈放大
    计算：光圈大小用F值= 镜头的焦距/镜头口径直径
          光圈值 F1,F1.4,F2,F2.8,F4,F5.6,F8,F11,F16,F22,F32,F44,F64;F值愈小进光量愈多
         
景深：DOF
    定义：景深是指在被摄物体聚焦清楚后，在物体前后一定距离内，其影像仍然清晰的范围
    特性：景深随镜头光圈值、焦距、拍摄距离而变化；
          景深越深离焦点远景物也够清晰，而景深浅，离焦点远的景物就模糊
         
          光圈越大，景深越小（浅），光圈越小，景深越大（深）。
          焦距越长，景深越小，焦距越短，景深越大。
          距离拍摄物体越近时，景深越小，拍摄距离约远，景深越大
         
    分类：景深分为前景深和后景深，后景深大于前景深。

对焦距离：
    对焦距离越远景深越深，对焦距离越近景深越浅。

滤镜接口：C17.5mm、CS12.5mm、F、V、T2、Leica、M42x1、M75x0.75

分辨率：Resolution
    以每毫米能够分辨黑白对线的数量为计量单位，“线对/毫米(lp/mm)”，分辨率越高成像越清晰
    又称鉴别率、解像力，指镜头清晰分辨被摄景物纤维细节能力，制约镜头分辨率是光衍射现象衍射光斑（爱里斑）

明锐度：Acutance也称对比度，是指图像中最亮和最暗的部分的对比度

工作距离（Workingdistance,WD）
    镜头第一个工作面到被测物体距离

视场视野范围（Field of View，FOV）
    相机实际拍摄到的区域尺寸

光学放大倍数（Magnification，b）
    CCD/FOV,即芯片尺寸除以视野范围
    通过镜头的调整能够改变拍摄对象原本成像面积的大小。1:4表示该镜头最多可放大4倍
   
数值孔径(Numerical Aperture,NA)
    数值孔径等于由物体与物镜间媒质的折射率n与物镜孔径角的一半(a\2)的正弦值的乘积，
    计算公式为N.A=n*sina/2
    数值孔径与其它光学参数有着密切的关系，它与分辨率成正比，与放大率成正比。
    也就是说数值孔径，直接决定了镜头分辨率，数值孔径越大，分辨率越高，否则反之

后背焦(Flangedistance)
    后倍焦是相机一个参数，指相机接口平面到芯片的距离。
    在线扫描镜头或者大面阵相机的镜头选型时，后倍焦是重要参数，直接影响镜头配置。
    不同厂家的相机，哪怕接口一样也可能有不同的后倍焦

视角：
    镜头中心点到成像平面对角线两端所形成的夹角就是镜头视角
    对相同成像面积，镜头焦距越短视角变大,可拍更大物体,分辨率降低

遮光罩：
    遮光罩是套在照相机镜头前的常用摄影附件
    作用：逆光摄影，一般说来可以避免眩光

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2.镜头参数对成像质量影响

2.1.像差是影响图像质量的重要方面，常见像差有：
    球差：
        由主轴上某一物点向光学系统发出的单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，
        若原光束不同孔径角的各光线，不能交于主轴上的同一位置，以至在主轴上的理想像平面处，
        形成一弥散光斑（俗称模糊圈），则此光学系统的成像误差称为球差。

    慧差：
        位于主轴外某一轴外物点向光学系统发出单色圆锥形光束，经折射后，
        若在理想像平面处不能结成清晰点，而是结成拖着明亮尾巴的慧星形光斑，则此光学系统的成像误差称为慧差。

    像散：
        位于主轴外某一轴外物点，向光学系统发出斜射单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，
        不能结成一个清晰像点，而只能结成一弥散光斑，则此光学系统的成像误差称为像散。

    场曲：
        垂直于主轴的平面物体经光学系统所结成的清晰影像，若不在一垂直于主轴的像平面内，
        而在一以主轴为对称的弯曲表面上，即最佳像面为一曲面，则此光学系统的成像误差称为场曲。
        当调焦至画面中央处的影像清晰时，画面四周的影像模糊；
        而当调焦至画面四周处的影像清晰时，画面中央处的影像又开始模糊。

    色差：
        由白色物体向光学系统发出一束白光，经光学系统折射后，各色光不能会聚于一点上，
        而形成一彩色像斑，称为色差。
        色差产生的原因是同一光学玻璃对不同波长的光线的折射率不同，短波光折射率大，长波光折射率小。

    畸变：
        被摄物平面内的主轴外直线，经光学系统成像后变为曲线，则此光学系统的成像误差称为畸变。
        畸变像差只影响影像的几何形状，而不影响影像的清晰度。
        这是畸变与球差、慧差、像散、场曲之间的根本区别。
       
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2.2.从分辨率、明锐度和景深评价镜头质量

    焦距越小，景深越大;焦距越小畸变越大;渐晕现象越严重，使像差边缘的照度降低；
    光圈越大，图像亮度越高；;景深越小；分辨率越高；
    一般像场中心较边缘分辨率高;光场照度高
    相同镜头参数光源波长越短图像的分辨力越高。在精密尺寸及位置测量中，尽量采用短波长单色光

    固定镜头，检验最大倍率到最小倍率的清晰度
    检验同轴度：即最大倍率到最小倍率取像在同一位置，不能偏移或偏移太大
   
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