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以VST鏡頭為例講解工業(yè)鏡頭參數(shù)解釋

ＩＮＤＥＸ
■失真	■工作距離（Working Distance）	■F Number (F#)
■電視失真	■ O/I （Object to Imager）	■實(shí)效F
■光學(xué)倍率	■成像圈	■NA （Numerical Aperture）
■監(jiān)視放大	■相機(jī) Mount	■邊緣亮度
■解析度	■視野 (FOV)	■遠(yuǎn)心鏡頭
■解像力	■景深 (DOF)
■MTF （Modulation Transfer Function）	■焦距 (ｆ)

◆遠(yuǎn)心	◆景深(DOF)	◆通風(fēng)盤及解析度
◆MTF 及解析度

■失真

圖1，圖2 參照

■電視失真

實(shí)際邊長的歪曲形狀與理想的形狀的百分比算出的值

■光學(xué)倍率

主點(diǎn)和成像關(guān)系：光學(xué)倍率就是物體與像的比。關(guān)系就是以下的情況。

■電視頻幕倍率（TV倍率）

	監(jiān)視器對角線	×　光學(xué)倍率?。健”O(jiān)視器倍率

	傳感器對角線

例）VS-MS1＋10x鏡頭 1/2” CCD 照相機(jī), 14”監(jiān)視器上的成像

	25.4×14（英寸）	×　10（x）＝　444.5x

	8（mm）

0.1mm的物體在監(jiān)視器得到的是44.45mm的成像
※有時根據(jù)TV監(jiān)視器的掃描狀態(tài)，以上的簡易計算將有一些變化

■解析度
表示了所能見到了2點(diǎn)的間隔
0.61x 使用波長(λ)/ NA=解析度(μ)
以上的計算方法理論上可以計算出解析度，但不包括失真。
※使用波長為550nm

■解像力

１mm中間可以看到黑白線的條數(shù)。單位（lp）/mm.

■MTF（Modulation Transfer Function）

成像時再現(xiàn)物體表面的濃淡變化而使用的空間周波數(shù)和對比度。

■工作距離（Working Distance）
鏡頭的鏡筒到物體的距離

■ O/I（Object to Imager）

物像間距離。物體到像間的長度。

■成像圈

成像尺寸φ ，要輸入相機(jī)感應(yīng)器尺寸。

■相機(jī)(鏡頭）接口 Mount

C-mount: 1" diameter x 32 TPI: FB: 17.526mm
CS-mount: 1" diameter x 32 TPI: FB: 12.526mm
F-mount: FB:46.5mm
M72-Mount: FB 廠家各有不同

■視野 (FOV)

使用照相機(jī)以后看到的物體側(cè)的范圍
照相機(jī)有效區(qū)域的縱向長度（V）/光學(xué)倍率（M）＝視野（V）
照相機(jī)有效區(qū)域的橫向長度（H）/光學(xué)倍率（M）＝視野（H）
＊我們的技術(shù)資料上的視野范圍是指由光源及有效區(qū)域的一般數(shù)值計算出來的值。
「照相機(jī)有效區(qū)域的縱向長度（V）or（H）=
照相機(jī)一個畫素的尺寸×有効畫素數(shù)（V）or（H）」
來計算。

■景深 (DOF)


２（	允許誤差值 x 實(shí)效F	）＝DOF

	光學(xué)倍率 X 光學(xué)倍率

	允許誤差值	＝DOF

	NA x 光學(xué)倍率

景深是指成像后物體的距離。同樣，照相機(jī)側(cè)的范圍稱為焦點(diǎn)深度。具體的景深的值多少略有不同。

■焦距 (ｆ)

ｆ（Focal Length）光學(xué)系的后主點(diǎn)（H2）到焦點(diǎn)面的距離。

■FNO

鏡頭從無限遠(yuǎn)時，亮度表示的數(shù)值，值越小越亮。FNO=焦距/入射孔徑或有効口徑=f/D

■實(shí)效F

有限距離時鏡頭的明亮度。
實(shí)效F = (1 +光學(xué)倍率) x F#
實(shí)效F = 光學(xué)倍率 / 2NA

■NA（Numerical Aperture）

物體側(cè)的 NA = sin u x n
成像側(cè)的NA' = sin u'x n'
如下圖所示入社角度 u, 物體側(cè)折射率n, 成像側(cè)的折射率' n'
NA = NA' x 放大率

■邊緣亮度

相對照度是指中央的照度與周邊的照度的百分比。

■遠(yuǎn)心鏡頭s

主光線與鏡頭光源平行的鏡頭。有物體側(cè)的遠(yuǎn)心，成像側(cè)的遠(yuǎn)心，兩側(cè)的遠(yuǎn)心行頭等方式。

◆遠(yuǎn)心度

遠(yuǎn)心度是指對于物體方向的倍率誤差。倍率誤差越少，遠(yuǎn)心效果就越高。
遠(yuǎn)心鏡頭用于尺寸測量等各種用途，在使用鏡頭之前，把握遠(yuǎn)心度是非常重要的事情。因?yàn)檫h(yuǎn)心鏡頭是主光線與鏡頭光軸平行的，對于測試高度上有不同物體時，是非常寶貴的工具。如果遠(yuǎn)心度比較差的話，畫面的周邊與中心，還有高度不同物體的成像效果會有不同。這樣的話使用遠(yuǎn)心鏡頭的效果反而會變得沒有意義。
關(guān)于遠(yuǎn)心度的確認(rèn)，在如同下圖的測試時，可以很簡單的確認(rèn)做出來

◆景深 (DOF)

我公司的目錄里記載的景深（Depth of Field）可以用以下的計算式計算出來：
景深 = 2 x Permissible COC x 實(shí)效F / 光學(xué)倍率2
= 允許誤差值 / (NA x 光學(xué)倍率)
(在這個目錄中，我們使用的是0.04mm的Permissible COC)

◆愛里斑及解析度

愛里斑是指通過沒有像差的鏡頭，把光集中在一點(diǎn)上，而這一點(diǎn)會形成同心圓。
這個同心圓稱為艾里斑。愛里斑的半徑r，是在使用沒有像差鏡頭的條件下，
計算出來的。這個值我們稱為解析度。
r=0.61λ/NA
艾里斑的徑根據(jù)波長而變化，波長越長在1點(diǎn)集中的難度越大。這個根據(jù)公式就可以理解。
例）NA為0.07的鏡頭，波長為550nm的情況下
r=0.61*0.55/0.07=4.8μ
此目錄上的解析度是通過這個愛里斑半徑而計算出的數(shù)值。

◆MTF 及解析度

MTF（Modulation Transfer Function) 是指物體表面的濃淡變化，成像側(cè)也被再現(xiàn)出來。表示鏡頭的成像性能，成像再現(xiàn)物體的對比度的程度。測試對比性能，用的是具有特定空間周波數(shù)的黑白間隔測試?？臻g周波數(shù)是指１mm的距離濃淡變化的程度。圖一所示，黑白矩陣波，黑白的對比度為100%.這個對象被鏡頭攝影后，成像的對比度的變化被定量化。基本上，不管什么鏡頭，都會出現(xiàn)對比度降低的情況。最終對比度降低至0%。，不能進(jìn)行顏色的區(qū)別。

圖２、３顯示了物體側(cè)與成像側(cè)的空間周波數(shù)的變化。橫軸表示空間周波數(shù)，縱軸表示亮度。物體側(cè)與成像側(cè)的對比度由A、B計算出來。MTF由A,B的比率計算出來。

接下來，是解析度和MTF的關(guān)系。解析度是表示可以識別出的2個點(diǎn)之間分開距離的間隔大小。一般，根據(jù)解析度的數(shù)值來判斷鏡頭好壞的情況比較多。實(shí)際上，MTF和解析度的關(guān)系很大。參考了圖4后，相信解析度和MTF的關(guān)系就可以明白。
圖4是2支性能不同的鏡頭的MTF曲線圖。鏡頭a的極限解析度較低，在低空間頻率時，對比度性能較好。鏡頭b的極限解析度較高，在低空間頻率時，對比度性能較差。
就像剛才所說得，因?yàn)橥ǔＴ诘皖l率時，對比度可以比較好的體現(xiàn)出來，當(dāng)MTF接近100%的高頻率時對比度會變得不清晰。如超過極限解像力的頻率，對比度將消失，圖像這邊的對比度會變成無法區(qū)分黑色的灰色。而實(shí)際上，因?yàn)殓R頭有像差，在達(dá)到極限解像力前，就會失去對比度。一般情況下，閾值被設(shè)為0.1。以此為前提再看圖4時，可以確定以下的事情。
MTF表中，在I附近的低頻率領(lǐng)域內(nèi)，驗(yàn)證是鏡頭a比較好，II附近的高頻率領(lǐng)域內(nèi)，鏡頭b的性能比較好。
通過以上的內(nèi)容可以判斷出，鏡頭b雖然從鏡頭的基本性能（極限解析度）的角度出發(fā)，被認(rèn)為性能較好?？墒歉鶕?jù)使用方的使用環(huán)境，片面的僅以解析度來判斷鏡頭的好壞是不可取的。

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