機器視覺基本概念——光學鏡頭

光學鏡頭

1. 焦距 Focal Length
   光學系統主點到焦點的距離。
   

2. 景深 Depth of field, DOF
   是指在攝影機鏡頭或其他成像器前沿能夠取得清晰圖像的成像所測定的被攝物體前后距離范圍。
   

3. 數值孔徑 Numerical Apeture (NA)
   孔徑角：物鏡光軸上的物體點與物鏡前透鏡的有效直接直徑所形成的角度。
   數值孔徑 NA: 物鏡前透鏡與被檢物體之間介質的折射率n和孔徑角θ的正弦的乘積。

4. 分辨率 Resolution
   分辨率定位為: 能被分辨開來的兩個物點之間的最小距離，稱為鏡頭的物方分辨率，記為Resolution(物) 單位μm

只有鏡頭分辨率和相機分辨率匹配，才能得到最佳成像效果。

像方分辨率 = 2 * 像元尺寸時，說明此時鏡頭分辨率與相機完全匹配。

5. 畸變 Distortion
   畸變也稱失真，是由於光闌球差的影響，不同視場的主光線通過光學系統后與高斯像面的交點高度不等於理想像高，二者之差就是畸變。
   畸變通常有兩種計算方法：光學畸變和TV失真。
   Optical distortion = Δy/y * 100 [%]

6. MTF

7. 遠心鏡頭與遠心度
   當人眼觀察同一個物體，近距離時，感覺物體比較大，遠距離時，感覺物體比較小，這種現象叫做透視誤差.
   用遠心鏡頭來消除透視誤差。
   

8. 視場 FOV
   視場也稱為視野，是指能被視覺系統觀察到的物方可視范圍。

9. 放大倍率
   機器視覺行業里提到的鏡頭光學放大倍率通常是指垂軸放大倍率，即像和物的大小之比。
   

10. 工作距離及物像距離
    工作距離(WD)是指鏡頭最下端機械面到物體的距離。
    物像距離(O/I)是指物平面到相機芯片間的距離。
    物像距離=工作距離+鏡頭本體長度+法蘭距。
    

11. 法蘭距離和鏡頭接口
    所謂法蘭距離，就是指相機機身與鏡頭接觸的機械面到相機芯片之間的距離。鏡頭的后截距需和相機的法蘭距離對應，才能讓光線聚焦在相機芯片上。

12. F Number
    F Number 稱為F數，也常記為Fno.或F/#，表示鏡頭通光能力的參數。
    

Fno.數值越小，鏡頭通光能力越強，即通俗的稱為“越亮”。

13. 鏡頭像圈
    像圈（image circle）是指入射光線通過鏡頭后，在焦平面上呈現出的圓形的明亮清晰的影像幅面，也稱像面大小。
    鏡頭像圈由鏡頭光學結構決定，一旦設計完成，其對應的像圈就確定了。
    鏡頭與相機搭配時，必須使鏡頭的像圈直徑≥相機靶面的對角線長度（如右圖所示）。
    否則，相機靶面的四角會形成暗區（如左圖所示）從而影響成像質量，這種現象稱為漸暈。
    

14. 如何對焦使圖像清晰
    常見的鏡頭有定焦鏡頭和定倍鏡頭。
    
    定倍鏡頭的工作距離和光圈一般是固定的，調整圖像清晰度，主要是靠調整鏡頭與物體的工作距離。
    定焦鏡頭調整清晰圖像的過程：

• 將鏡頭光圈調到最大，即F值最小。
• 降低曝光時間或光源亮度，使圖像亮度合適。既不過暗也不過曝。
• 調整鏡頭的對焦環，使圖像清晰成像。
• 將鏡頭光圈調整到合適的位置。
• 重新調整曝光時間或光源亮度，使圖像亮度合適。