PDF《第3章工业镜头》

40 F/#的正确计算对光照度和成像质量有着不可忽视的影响. 同时,与数值孔径 NA 也是密切相关的,这点在显微镜和机器视觉上显得尤为重 要: NA=1/[2(F/#)] 随着像元尺寸的持续减小, F/#成为了限制系统成像质量的重要因素, 因为它所影 响景深和分辨率成反比的关系, 景深增大, 分辨率就降低. 所以根据具体环境选取 F/# 大小也成为了一个重要的技术指标. 如下图所示:相机已安装在如图所示的位置,斜面上放有表示高度的卷尺,在 该情况下拍摄照片以比较光圈. 光圈较小时 光圈较大时 机器视觉应用基础

41 3.1.13 分辨率 镜头分辨率又称分辨力、鉴别率、鉴别力、分析力、解像力和分辨本领,是指摄 影镜头清晰地再现被摄景物细节的能力.镜头的分辨率是指在成像平面上 1mm 间距 内能分辨开的黑白相间的线条对数,它的单位是 线对/毫米 . 显然分辨率越高的 镜头, 所拍摄的影像越清晰细腻. 它的优点是可以量化, 用数据表示, 使结果更直观、 更科学、更严密. 分清传感器水平或者垂直方向上的像素大小及该方向上物体的尺寸,可以计算出 每个像元表示的物体大小, 从而计算出分辨率, 有助于选择镜头与传感器的最佳配合. 分辨率表示了镜头的解像能力,单位为 lp/mm.光学系统的分辨率取决于传感器 的像素,分辨率的最终确定,还取决于所选取的相应镜头的成像质量. Pixel size 为像元尺寸,分辨率计算为如下公式: 分辨率(lp/mm) 例如:pixel size=3.45um*3.45um,Number of pixels(H*V)=2048*2050 的传 感器,视场大小为 100mm,则 传感器尺寸: 放大率: 机器视觉应用基础

42 3.1.14 色差 由于我们拍摄的景物基本上都是彩色的 (除了翻拍黑白文件稿等少数情况) , 可镜 头的成像是白光成像.我们知道白光是由各种不同波长的单色光组成的.而介质的折 射率是与波长有关的,因此成像时不同波长的光线会有差异,使得物上的点成像后产 生色彩的分离,这种现象就称为色差.色差可以分为位置色差和倍率色差两种.前者 是由于不同波长的光线会聚点不同而产生彩色弥散现象, 后者是由于镜头对不同波长 的光的放大率不同而引起的.一般的镜头设计都进行了消色差计算.但是,要完全消 除色差是不可能的.根据镜头的档次,价格不同,消色差可以对二种波长、三种波长 或四种波长的光线进行计算.比如,对四种波长进行的超复消色差镜头的价格就是非 常高的了.一般情况下可以采用正负双胶合透镜进行色差的矫正. 3.1.15 像差 像差指镜头不能准确地按比例再现被摄体的影像.通俗地说,像差就是影像清晰 度差或有 失真 现象.除了复色光之间存在的色差之外,镜头的单色像差可以分为 五种,它们分别是影响成像清晰度的球差、彗差、像散、场曲以及影响物像相似度的 畸变. 以下就分别介绍五种不同性质的单色像差.

1、球差 球差是由于镜头的透镜球面上各点的聚光能力不同而引起的.从无穷远处来的平 行光线在理论上应该会聚在焦点上. 但是由于近轴光线与远轴光线的会聚点并不一致, 会聚光线并不是形成一个点,而是一个以光轴为中心对称的弥散圆,这种像差就称为 球差. 机器视觉应用基础

43 球差的存在引起了成像的模糊,而从下图可以看出,这种模糊是与光圈的大小有 关的.小光圈时,由于光阑挡去了远轴光线,弥散圆的直径就小,图像就会清晰.大 光圈时弥散圆直径就大,图像就会比较模糊.必须注意,这种由球差引起的图像模糊 与景深中的模糊完全是两会事,不可以混为一谈的.球差可以通过复合透镜或者非球 面镜等办法在最大限度下消除的. 在照相镜头中, 光圈数增加一档 (光孔缩小一档) , 球差就缩小一半.我们在拍摄时,只要光线条件允许,可以考虑使用较小的光圈来减 小球差的影响.光圈数的增大也是有限制的,到达一定程度后就会达到衍射极限而无 法分辨.在设计中采用高折射率或者其他附加的镜头可以起到减小球差影响的效果, 但是这都可能导致镜头 2/3 和重量过大,成........