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工業鏡頭的選擇

發布時間:2019-08-29    點擊數:400

不同工業鏡頭的成像質量有著有著千差萬別, 就算是同一類型的工業鏡頭也是如此,這主要是由于材質、加工精度和鏡片結構的不同等因素造成的,同時也導致不同檔次的工業鏡頭鏡頭價格從幾百元到幾萬元的巨大差異。比較有名的如四片三組式天塞鏡頭、六片四組式雙高斯鏡頭。對于鏡頭設計及生產廠家,一般用光學傳遞函數OTF (Optical Transfer Function)來綜合評價鏡頭成像質量,光學系統傳遞的是亮度沿空間分布的信息,光學系統在傳遞被攝景物信息時,被傳遞之各空間頻率的正弦波信號,其調制度和位相在成實際像時的變化,均為空間頻率的函數,此函數稱為光學傳遞函數。OTF一般由調制傳遞函數MTF(Modulation Transfer Function)與位相傳遞函數PTF(Phase Transfer Function )兩部分組成。

像差是影響圖像質量的重要方面,常見的像差有如下六種:

球差:由主軸上某一物點向光學系統發出的單色圓錐形光束,經該光學系列折射后,若原光束不同孔徑角的各光線,不能交于主軸上的同一位置,以至在主軸上的理想像平面處,形成一彌散光斑(俗稱模糊圈),則此光學系統的成像誤差稱為球差。

慧差:由位于主軸外的某一軸外物點,向光學系統發出的單色圓錐形光束,經該光學系列折射后,若在理想像平面處不能結成清晰點,而是結成拖著明亮尾巴的慧星形光斑,則此光學系統的成像誤差稱為慧差。

像散:由位于主軸外的某一軸外物點,向光學系統發出的斜射單色圓錐形光束,經該光學系列折射后,不能結成一個清晰像點,而只能結成一彌散光斑,則此光學系統的成像誤差稱為像散。

場曲:垂直于主軸的平面物體經光學系統所結成的清晰影像,若不在一垂直于主軸的像平面內,而在一以主軸為對稱的彎曲表面上,即至佳像面為一曲面,則此光學系統的成像誤差稱為場曲。當調焦至畫面中間處的影像清晰時,畫面四周的影像模糊;而當調焦至畫面四周處的影像清晰時,畫面中間處的影像又開始模糊。

色差:由白色物體向光學系統發出一束白光,經光學系統折射后,各色光不能會聚于一點上,而形成一彩色像斑,稱為色差。色差產生的原因是同一光學玻璃對不同波長的光線的折射率不同,短波光折射率大,長波光折射率小。

畸變:被攝物平面內的主軸外直線,經光學系統成像后變為曲線,則此光學系統的成像誤差稱為畸變?;兿癫钪挥绊懹跋竦膸缀涡螤?,而不影響影像的清晰度。這是畸變與球差、慧差、像散、場曲之間的根本區別。

在評價工業鏡頭質量時一般還會從分辨率、明銳度和景深等幾個實用參數判斷:

1.分辨率(Resolution):又稱鑒別率、解像力,指鏡頭清晰分辨被攝景物纖維細節的能力,制約工業鏡頭分辨率的原因是光的衍射現象,即衍射光斑(愛里斑)。分辨率的單位是"線對/毫米" (lp/mm)。

2. 明銳度(Acutance):也稱對比度,是指圖像中至亮和至暗的部分的對比度。

3.景深(DOF):在景物空間中,位于調焦物平面前后一定距離內的景物,還能夠結成相對清晰的影像。上述位于調焦物平面前后的能結成相對清晰影像的景物間之縱深距離,也就是能在實際像平面上獲得相對清晰影像的景物空間范圍,稱為景深。

4. 至大相對孔徑與光圈系數:相對孔徑,是指該工業鏡頭的入射光孔直徑(用D表示)與焦距(用f表示)之比,即:相對孔徑=D/ f 。相對孔徑的倒數稱為光圈系數(aperture scale),又稱為f/制光圈系數或光孔號碼。一般鏡頭的相對孔徑是可以調節的,其至大相對孔徑或光圈系數往往標示在工業鏡頭上,如1:1.2或f/1.2 。如果拍攝現場的光線較暗或曝光時間很短,則需要盡量選擇至大相對孔徑較大的工業鏡頭。

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