鏡頭基本參數(shù)

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（一）鏡頭的結(jié)構(gòu)及重要規(guī)格參數(shù)

1.鏡頭的結(jié)構(gòu)

鏡頭由多個(gè)透鏡、光圈和對(duì)焦環(huán)組成。鏡頭中的玻璃鏡片是鏡頭的核心。但是只有玻璃鏡片也沒(méi)有用，光圈控制與對(duì)焦機(jī)構(gòu)是鏡頭組成另外兩個(gè)重要機(jī)構(gòu)。鏡頭的光圈可以分為固定光圈和可變光圈，其中可變光圈又可分為自動(dòng)光圈和手動(dòng)光圈。同樣的，對(duì)焦機(jī)構(gòu)也有手動(dòng)和自動(dòng)之分。

如下圖所示，在使用時(shí)由操觀測(cè)相機(jī)顯示屏來(lái)調(diào)整可變光圈和焦點(diǎn)，，以確保圖像的敞亮程度及明了度。

2.鏡頭的焦距和視場(chǎng)

任何一個(gè)繁雜的透鏡組合都可以等效為一個(gè)簡(jiǎn)單的透鏡，光經(jīng)過(guò)透鏡的傳播路線可以簡(jiǎn)單的畫(huà)作下圖：

（1）、工作距離

工作距離指的是鏡頭第一個(gè)面到所需成像物體的距離。它與視場(chǎng)大小成正比，有些系統(tǒng)工作空間很小因而需要鏡頭有小的工作距離，但有的系統(tǒng)在鏡頭前可能需要安裝光源或其它工作裝置因而必需有較大的工作距離保證空間，尋常FA鏡頭與監(jiān)控鏡頭相比，小的工作距離就是一個(gè)重要區(qū)別。（2）、焦距

焦距是指鏡頭的光學(xué)中心（光學(xué)后主點(diǎn)）到成像面焦點(diǎn)的距離。平行光通過(guò)鏡頭后集聚于一點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)就是所說(shuō)的焦點(diǎn)。焦距不僅僅描述鏡頭的屈光能力，且可作為圖像質(zhì)量的參考。一般鏡頭失真隨著焦距的減小而增大，因而選擇測(cè)量鏡頭，不要選擇小焦距（小于8mm）或大視場(chǎng)角的鏡頭。

在光學(xué)系統(tǒng)當(dāng)中，以鏡頭為頂點(diǎn)，以被測(cè)物體通過(guò)鏡頭的最大成像范圍的兩邊緣構(gòu)成的夾角叫做視場(chǎng)角。視場(chǎng)角的大小決定了鏡頭的視野范圍，視場(chǎng)角越大，視野就越大，光學(xué)倍率也就越小。焦距越長(zhǎng)，視場(chǎng)角就越窄；焦距越短，視場(chǎng)角就越寬。

工作距離指的是鏡頭最終一個(gè)面到其像面的距離。

通過(guò)目標(biāo)物所需視場(chǎng)及透鏡的焦距，可確定工作距離（WD）。工作距離和視場(chǎng)大小由焦距和CCD大小來(lái)決定。在不使用近攝環(huán)的狀況下，可套用以下比例表達(dá)式獲得：

工作距離：視角=焦距：CCD大小

假設(shè)焦距為16mm，CCD大小為3.6mm，則工作距離應(yīng)為200mm，這樣才能使視場(chǎng)等于45mm。如下圖所示：

一般適合工廠自動(dòng)化的透鏡的焦距是88mm/16mm/25mm/50mm。

3．鏡頭的景深和光圈（1）景深（DOF）

鏡頭對(duì)著某一物體聚焦明了時(shí)，都可以在膠片或者接收器上相當(dāng)明了的結(jié)像，在這個(gè)平面沿著鏡頭軸線的前面和后面一定范圍的點(diǎn)也可以結(jié)成眼睛可以接受的較明了的像點(diǎn)，把這個(gè)平面的前面和后面的所有景物的距離叫相機(jī)景深。景深表示在垂直鏡頭光軸軸線的同一平面內(nèi)的點(diǎn)，滿足圖像明了度要求的最遠(yuǎn)位置與最近位置的差值。

光軸平行的光線射入凸透鏡時(shí)，理想的鏡頭應(yīng)當(dāng)是所有的光線聚集在一點(diǎn)后，再以錐狀的擴(kuò)散開(kāi)來(lái)，這個(gè)聚集所有光線的一點(diǎn)，就叫做焦點(diǎn)。在焦點(diǎn)前后，光線開(kāi)始聚集和擴(kuò)散，點(diǎn)的影像變成模糊的，形成一個(gè)擴(kuò)大的圓，這個(gè)圓就叫做彌散圓。

在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中，欣賞拍攝的影像是以某種方式(譬如投影、放大成照片等等)來(lái)觀測(cè)的，人的肉眼所感受到的影像與放大倍率、投影距離及觀看距離有很大的關(guān)系，假使彌散圓的直徑小于人眼的鑒別能力，在一定范圍內(nèi)實(shí)際影象產(chǎn)生的模糊是不能鑒別的。這個(gè)不能鑒別的彌散圓就稱為容許彌散圓。在焦點(diǎn)的前、后各有一個(gè)容許彌散圓。

以持照相機(jī)拍攝者為基準(zhǔn)，從焦點(diǎn)到近處容許彌散圓的的距離叫前景深，從焦點(diǎn)到遠(yuǎn)方容許彌散圓的距離叫后景深。

景深的計(jì)算公式：

前景深ΔL1=FδL2/（f2+FδL）（1）后景深ΔL2=FδL2/（f2-FδL）（2）

景深ΔL=ΔL1+ΔL2=（2f2FδL2）/（f4-F2δ2L2）

其中：δ——容許彌散圓直徑f——鏡頭焦距

F——鏡頭的拍攝光圈值L——對(duì)焦距離ΔL1——前景深ΔL2——后景深ΔL——景深

從公式(1)和(2)可以看出，后景深>前景深，且景深與鏡頭使用光圈、鏡頭焦距、拍攝距離以及對(duì)像質(zhì)的要求(表現(xiàn)為對(duì)容許彌散圓的大小)有關(guān)。這些主要因素對(duì)景深的影響如下(假定其他的條件都不改變)：

（1）、鏡頭光圈：光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大；（2）、鏡頭焦距：鏡頭焦距越長(zhǎng)，景深越?。唤咕嘣蕉?，景深越大；（3）、拍攝距離：距離越遠(yuǎn)，景深越大；距離越近，景深越小。

（2）光圈系數(shù)（F/#）

光圈系數(shù)是鏡頭的重要內(nèi)部參數(shù)，它就是鏡頭相對(duì)孔徑的倒數(shù)，光圈系數(shù)的標(biāo)稱值數(shù)字越大，也就表示其實(shí)際光圈就越小。一般的廠家都會(huì)用F數(shù)來(lái)表示這一參數(shù)。鏡頭的光圈排列順序是：1、1.4、2.0、2.8、3.5、4.0、5.6、8.0、1