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相机镜头光学中的一些基础技术知识,带你走进相机与镜头的世界!
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2023-02-10 10:22:54来源: 中国机器视觉网

1、变焦和对焦有什么区别?

变焦就是改变镜头的焦距(准确说是像距),以改变拍摄的视角,也就是通常所说的把被摄体拉近或推远。焦距越长,视角越窄。

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对焦通常指调整镜片组和芯片(传感器平面)之间的距离,使被拍摄的物体清晰可见。我们通常说的“调焦”一般指“对焦”。

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2、为什么镜头在最大光圈时通常成像不佳,或者说“成像比较肉”?

追求成像的锐利应该是所有镜头的追求。镜头的光圈值一般从F1.2 - F32不等。通常成像最锐利的光圈值是F5.6或者F8,为什么呢?这涉及到2个概念,一个是球差、一个是衍射。

衍射:超小光圈时影响锐利度的因素。衍射(diffraction)是指波遇到障碍物时偏离原来直线传播的物理现象。在经典物理学中,波在穿过狭缝、小孔或圆盘之类的障碍物后会发生不同程度的弯散传播。球差:大光圈时影响锐利度的因素。

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我们通常看到的透镜成像的简化图中,平行光通过透镜以后汇聚于一点,这点叫做焦点,其实真实的情况并非如此。如下图所示:

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光线不能完美汇聚,也就不可能产生锐利的成像。当光圈大(光圈F值小)的时候,透镜接收光的圆面很大,于是光线的汇聚处会非常分散,造成成像不锐利。当光圈缩小的时候,透镜接收光的圆面很小,这时候光线经过透镜以后,汇聚处相对来说更集中一些,这样成像也就更加锐利了。

当然,对于实际的镜头来说,镜头内部的镜片是很复杂的,可能有几片甚至十几片镜片,有些镜片的材质还较为昂贵,它们的主要作用其实就是改善镜头的光学素质,校正各种球差、彗差、色散、畸变等等。

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3、工业中,红光和蓝光使用上有什么区别?

解析力方面:蓝光由于波长更短,衍射效应更弱,因此刻画细节的能力更强,拍摄微小的物体,蓝光是首选。而红光,黑白CCD对红光更敏感,在需要尽量减轻环境光干扰的时候,有一点作用。

拍摄成像方面:用红色光给彩色物体打光,然后用黑白相机拍摄,物体红色的部分变成亮白色,物体白色部分变成浅灰色,跟红色差异大的颜色则变成暗黑色,黑色还是黑色。

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4、为什么工业领域很少提及ISO这个参数?

一般在工业领域的机器视觉中都知道光圈、快门(曝光时间),工业机器视觉领域有没有ISO这个参数呢?有的,只不过换了个名字,叫做gain(增益),这个参数一般没人调它,一般也不用调。

光圈、快门时间、ISO是取得合适曝光的三驾马车,三者互相合作也互相制约。ISO通常取值为100-3200。

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通常ISO越高,相机感应光的能力越强,相应的噪点也越多,画质也越差。对于每一个摄影师来说,绝大多数情况下,他都希望把ISO固定在100,因为这可以获得最纯净的画面,但这几乎是不可能的。因为在暗光环境下,ISO太低,只能强行调大光圈,但是光圈是有限的,因此只能增加快门时间,但是快门时间一长,手持拍摄必然糊片。

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但是在工业领域一般不存在这个问题(或者说这个问题是次要问题),一是因为工业相机一般不动,曝光时间很长也不会糊片,另外,工业视觉设备光源自带,几乎不存在暗光环境。

5、为什么光源的亮度越高越好?

高亮度光源至少有这些好处:光源亮度高,快门时间就能降下来,有可能可以提高采图速度;其次光源亮度高,可以大大减轻环境杂光的影响;另外,光源亮度高,可以将光圈缩小,而通常缩小光圈可以得到更锐利的画面和更大的景深,这些对于机器视觉系统来说是极为重要的。所以选择光源的时候,光源亮度越高越好。

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6、什么是单颗像素质量?

单颗像素指的是传感器上的一颗像素,单颗像素质量通常直接和像素颗粒的大小有关。例如有的相机的像素颗粒是5μm × 5μm,而很多手机的像素颗粒大小是1.12μm × 1.12μm,或者1.3μm × 1.3μm,这个数值越大,表明单颗像素质量越好。

主要原因是,像素之间存在电讯干扰,像素颗粒越小,相同面积的像素点越多,那么越容易产生相互干扰,带来的结果是画质纯净度的下降。反之,像素颗粒越大,相同面积的像素点越少,干扰越少,成像画质纯净度会更有优势。

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