机器视觉基本概念——光学镜头

光学镜头

1. 焦距 Focal Length
   光学系统主点到焦点的距离。
   

2. 景深 Depth of field, DOF
   是指在摄影机镜头或其他成像器前沿能够取得清晰图像的成像所测定的被摄物体前后距离范围。
   

3. 数值孔径 Numerical Apeture (NA)
   孔径角：物镜光轴上的物体点与物镜前透镜的有效直接直径所形成的角度。
   数值孔径 NA: 物镜前透镜与被检物体之间介质的折射率n和孔径角θ的正弦的乘积。

4. 分辨率 Resolution
   分辨率定位为: 能被分辨开来的两个物点之间的最小距离，称为镜头的物方分辨率，记为Resolution(物) 单位μm

只有镜头分辨率和相机分辨率匹配，才能得到最佳成像效果。

像方分辨率 = 2 * 像元尺寸时，说明此时镜头分辨率与相机完全匹配。

5. 畸变 Distortion
   畸变也称失真，是由于光阑球差的影响，不同视场的主光线通过光学系统后与高斯像面的交点高度不等于理想像高，二者之差就是畸变。
   畸变通常有两种计算方法：光学畸变和TV失真。
   Optical distortion = Δy/y * 100 [%]

6. MTF

7. 远心镜头与远心度
   当人眼观察同一个物体，近距离时，感觉物体比较大，远距离时，感觉物体比较小，这种现象叫做透视误差.
   用远心镜头来消除透视误差。
   

8. 视场 FOV
   视场也称为视野，是指能被视觉系统观察到的物方可视范围。

9. 放大倍率
   机器视觉行业里提到的镜头光学放大倍率通常是指垂轴放大倍率，即像和物的大小之比。
   

10. 工作距离及物像距离
    工作距离(WD)是指镜头最下端机械面到物体的距离。
    物像距离(O/I)是指物平面到相机芯片间的距离。
    物像距离=工作距离+镜头本体长度+法兰距。
    

11. 法兰距离和镜头接口
    所谓法兰距离，就是指相机机身与镜头接触的机械面到相机芯片之间的距离。镜头的后截距需和相机的法兰距离对应，才能让光线聚焦在相机芯片上。

12. F Number
    F Number 称为F数，也常记为Fno.或F/#，表示镜头通光能力的参数。
    

Fno.数值越小，镜头通光能力越强，即通俗的称为“越亮”。

13. 镜头像圈
    像圈（image circle）是指入射光线通过镜头后，在焦平面上呈现出的圆形的明亮清晰的影像幅面，也称像面大小。
    镜头像圈由镜头光学结构决定，一旦设计完成，其对应的像圈就确定了。
    镜头与相机搭配时，必须使镜头的像圈直径≥相机靶面的对角线长度（如右图所示）。
    否则，相机靶面的四角会形成暗区（如左图所示）从而影响成像质量，这种现象称为渐晕。
    

14. 如何对焦使图像清晰
    常见的镜头有定焦镜头和定倍镜头。
    
    定倍镜头的工作距离和光圈一般是固定的，调整图像清晰度，主要是靠调整镜头与物体的工作距离。
    定焦镜头调整清晰图像的过程：

• 将镜头光圈调到最大，即F值最小。
• 降低曝光时间或光源亮度，使图像亮度合适。既不过暗也不过曝。
• 调整镜头的对焦环，使图像清晰成像。
• 将镜头光圈调整到合适的位置。
• 重新调整曝光时间或光源亮度，使图像亮度合适。