工業相機基礎知識詳述 —— 焦平面，像平面，彌散圓，光圈，分辨率，景深，接口，靶面尺寸
一、焦平面
想到焦平面，很多人不由自主就想到不就是焦點所在的垂直於光軸的平面嗎？其實其背后隱藏這更多的東西。
1）焦點不止一個
對於一般拍攝場景來說，光通過一個凸透鏡，匯聚不到一個點，越靠近中軸線的光束聚焦得越遠，越靠近透鏡邊緣的光聚焦得越近，這是光學誤差的一種，叫球差，如下圖所示。只在理想情況下，光從無限遠匯聚到凸透鏡，才會匯聚一點。
第一焦平面：過第一焦點且垂直於系統主光軸的平面稱第一焦平面，又稱前焦面或物方焦面，一般為邊緣光束匯聚的焦點；
第二焦平面：過第二焦點且垂直於系統主光軸的平面稱第二焦平面，又稱后焦面或象方焦面，平面一般為接近凸透鏡中心部分的光匯集的焦點。
工業相機鏡頭是由多片薄的凸透鏡組成，其焦距是鏡頭的中心點到膠平面（膠片或CCD）上所形成的清晰影像之間的距離，也就是下文的像距。
工業相機鏡頭焦距常規的有6mm, 8mm, 12mm,16mm,25mm ,35mm , 50mm,75mm。其選型公式為：
焦距（f）=工作距離（WD）*CCD靶面型號尺寸（V或者H）/視場大小或者物體高度（FOV）
所以在WD和CCD尺寸確定的情況下，焦距數值小，視角大，所觀察的范圍也大；焦距數值大，視角小，觀察范圍小。
2）焦平面或者是焦距和什么相關？
根據公式：
1/u(物距)+1/v（像距）=1/f（透鏡焦距）
此公式不太適用於工業相機成像，只適用於理想情況單凸透鏡成像，所以要區分相機的焦距與單片凸透鏡的焦距，工業相機焦距等於像距，都在感光區，1/物距基本忽略不計。
3）對焦和變焦
對焦通常指調整鏡片組和底片（傳感器平面）之間的距離，從而使被攝物在CCD/CMOS上成的像清晰。
變焦就是改變鏡頭的焦距（准確說是像距），以改變拍攝的視角，也就是通常所說的把被攝體拉近或推遠。例如18-55mm和70-200mm鏡頭就是典型的變焦鏡頭。焦距越長，視角越窄。
二、像平面
像平面是指成像平面，可以理解為用膠片相機拍攝，那個膠卷就是像平面,要是用數碼相機拍攝，那么像平面就是CCD等感光元件。所以對於我們來說，像平面是已經固定的，根據上文，像距與焦距相同。
三、彌散圓
物點成像時，由於像差，其成像光束不能會聚於一點，上面解釋了，所以會在像平面/CCD上形成一個擴散的圓形投影，成為彌散圓。當使點光源經過鏡頭在像平面成像，如果此時保持鏡頭與像平面距離不變，沿光軸方向前后移動點光源，則像平面上成的像就會成為有一定直徑的圓形，就叫彌散圓。
彌散圓大小取決於鏡頭孔徑（光圈）和點光源偏離程度（物距）。
通常情況下，肉眼分辨率為二千分之一至五千分之一。人眼在明視距離（眼睛正前方30厘米）能夠分辨的最小的物體大約為0.125mm。所以，彌散圓放大在7寸照片（這是個常用尺寸）也只能是0.125mm以內，也就是圖像對角線長度的1/1730左右，所以，拍攝的圖片上看不到彌散圓。
四、光圈
光圈是一個用來控制光線通進入鏡頭的裝置，它通常是在鏡頭內，對於已經制造好的鏡頭，我們不可以隨意的改變鏡頭的鏡頭，但是可以通過在鏡頭內部加入多邊形或者圓形，並且面積可變的孔徑光柵來達到控制鏡頭通光量。
這點一般對於工業相機來講不適用，因為工業相機光圈已經是固定好的，一般不支持增加，但可以手動調整。
光圈（Aperture）在工業相機鏡頭中是由幾片極薄的金屬片組成，中間能通過光線。通過改變孔的大小來控制進入工業鏡頭的光線量。光圈開得越大，通過工業鏡頭進入的光量也就越多。光圈的值通常用f來表示。
五、景深（Depth of Field，DOF）
景深是指在物體前后一定距離內，其影像仍然清晰的范圍。景深隨鏡頭的光圈值、焦距、拍攝距離而變化，光圈越大，景深越小，光圈越小，景深越大。焦距越長，景深越小，焦距越短，景深越大。距離拍攝物體越近時，景深越小，拍攝距離越遠，景深越大。
六、分辨率
相機每次采集圖像的像素點數（Pixels），對於工業數字相機一般是直接與光電傳感器的像元數對應的。目前工業數字相機像元尺寸一般為3μm-10μm，一般像元尺寸越小，制造難度越大，圖像質量也越不容易提高。分辨率影響采集圖像的質量，在對同樣大的視場（景物范圍）成像時，分辨率越高，對細節的展示越明顯。
像素深度：每位像素數據的位數，常見的是8bit，10bit，12bit。分辨率和像素深度共同決定了圖像的大小。例如對於像素深度為8bit的500萬像素，則整張圖片應該有500萬*8/1024/1024=37M。
七、接口
相機與鏡頭的連接方式包括C、CS、F、V、T2、Leica、M42x1 M75x0.75。接口類型的不同和鏡頭性能及質量並無直接關系，只是接口方式的不同，一般可以也找到各種常用接口之間的轉接口。
C接口和CS接口是工業攝像頭最常見的國際標准接口，為1英寸－32UN英制螺紋連接口，C型接口和CS型接口的螺紋連接是一樣的，區別在於C型接口的后截距為17.5mm，CS型接口的后截距為12.5mm。所以CS型接口的攝像頭可以和C口及CS口的鏡頭連接使用，只是使用C口鏡頭時需要加一個5mm的接圈；C型接口的攝像頭不能用CS口的鏡頭。
F接口鏡頭是尼康鏡頭的接口標准，所以又稱尼康口，也是工業攝像頭中常用的類型，一般攝像頭靶面大於1英寸時需用F口的鏡頭。
V接口鏡頭是著名的專業鏡頭品牌施奈德鏡頭所主要使用的標准，一般也用於攝像頭靶面較大或特殊用途的鏡頭。
在光學系統中，最后一個光學鏡片表面的頂點到像面的距離稱為后截距。
八、靶面尺寸
圖像傳感器的感光部分的大小。 常見的靶面有1/4’’、1/3’’、1/2’’、2/3’’、1’'等幾種。
尺寸明細可見下方鏈接，非常細。
靶面尺寸和鏡頭焦距配套對應的視場角
鏡頭：
具體鏡頭概念可見：
鏡頭基礎知識
共軛鏡頭：
這個概念聽上去復雜，其實很簡單，分為兩種，有限共軛鏡頭和無窮共軛鏡頭。有限共軛鏡頭：像點對應的物點只能在有限的距離內，工業微距鏡頭大多是有限共軛鏡頭。
無窮共軛鏡頭是指：像點對應的物點在無窮遠處（可以理解為很遠處）。手機攝像頭、普通鏡頭都是無窮共軛鏡頭。
藍光和紅光的區別
藍光由於波長更短，衍射效應更弱，因此刻畫細節的能力更強，拍攝微小的物體，藍光是首選。黑白CCD對紅光更敏感，但其實這優勢並不大，或許在需要盡量減輕環境光干擾的時候，有一點作用。紅色光源通常要比藍色光源便宜。
曝光和增益
曝光(Exposure)是圖像傳感器進行感光的過程，在曝光過程中,CCD/CMOS收集光子並轉換成電荷;曝光結束后,CCD/CMOS通過一定的方式將電荷移出。從光曝光對照片質量的影響很大,如果曝光過度,則照片過亮,失去圖像細節;如果曝光不足,則照片過暗,同樣會失去圖像細節。控制曝光就是控制總的光通量,也就是曝光過程中到達CCD/CMOS表面的光子的總和。
增益是指經過雙采樣之后的模擬信號的放大增益量，通常增益值越高，相機感應光的能力越強，相應的噪點也越多，畫質也越差。
曝光和增益是直接控制傳感器(CCD/CMOS)上讀出來的數據，是要優先調節的，以調節曝光時間為主。在不過曝的前提下，增加曝光時間可以增加信噪比，使圖像清晰。
————————————————