鏡頭的主要參數(shù)及對成像質(zhì)量的影響

鏡頭分不同類型，但即使對于同一類型的鏡頭，其成像質(zhì)量也有著很大的差異，這主要是由于材質(zhì)、加工精度和鏡片結(jié)構(gòu)的不同等因素造成的，同時(shí)也導(dǎo)致不同檔次的鏡頭價(jià)格從幾百元到幾萬元的巨大差異。比較著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(shè)計(jì)及生產(chǎn)廠家，一般用光學(xué)傳遞函數(shù)OTF(Optical Transfer Function)來綜合評價(jià)鏡頭成像質(zhì)量，光學(xué)系統(tǒng)傳遞的是亮度沿空間分布的信息，光學(xué)系統(tǒng)在傳遞被攝景物信息時(shí)，被傳遞之各空間頻率的正弦波信號，其調(diào)制度和位相在成實(shí)際像時(shí)的變化，均為空間頻率的函數(shù)，此函數(shù)稱為光學(xué)傳遞函數(shù)。OTF一般由調(diào)制傳遞函數(shù)MTF(Modulation Transfer Function)與位相傳遞函數(shù)PTF(Phase Transfer Function )兩部分組成。

像差是影響圖像質(zhì)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(diǎn)向光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出的單色圓錐形光束，經(jīng)該光學(xué)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(xué)系統(tǒng)的成像誤差稱為球差。

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

像散：由位于主軸外的某一軸外物點(diǎn)，向光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出的斜射單色圓錐形光束，經(jīng)該光學(xué)系列折射后，不能結(jié)成一個(gè)清晰像點(diǎn)，而只能結(jié)成一彌散光斑，則此光學(xué)系統(tǒng)的成像誤差稱為像散。

場曲：垂直于主軸的平面物體經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)所結(jié)成的清晰影像，若不在一垂直于主軸的像平面內(nèi)，而在一以主軸為對稱的彎曲表面上，即最佳像面為一曲面，則此光學(xué)系統(tǒng)的成像誤差稱為場曲。當(dāng)調(diào)焦至畫面中央處的影像清晰時(shí)，畫面四周的影像模糊;而當(dāng)調(diào)焦至畫面四周處的影像清晰時(shí)，畫面中央處的影像又開始模糊。

色差：由白色物體向光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出一束白光，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)折射后，各色光不能會聚于一點(diǎn)上，而形成一彩色像斑，稱為色差。色差產(chǎn)生的原因是同一光學(xué)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(nèi)的主軸外直線，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像后變?yōu)榍€，則此光學(xué)系統(tǒng)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(qū)別。

我們在評價(jià)鏡頭質(zhì)量時(shí)一般還會從分辨率、明銳度和景深等幾個(gè)實(shí)用參數(shù)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(xì)節(jié)的能力，制約鏡頭分辨率的原因是光的衍射現(xiàn)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，是指圖像中最亮和最暗的部分的對比度。

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

4. 最大相對孔徑與光圈系數(shù)：相對孔徑，是指該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(shù)稱為光圈系數(shù)(aperture scale)，又稱為f/制光圈系數(shù)或光孔號碼。一般鏡頭的相對孔徑是可以調(diào)節(jié)的，其最大相對孔徑或光圈系數(shù)往往標(biāo)示在鏡頭上，如1:1.2或f/1.2 。如果拍攝現(xiàn)場的光線較暗或曝光時(shí)間很短，則需要盡量選擇最大相對孔徑較大的鏡頭。

鏡頭各參數(shù)間的相互影響關(guān)系

一個(gè)好的鏡頭，在分辨率、明銳度、景深等方面都有很好的體現(xiàn)，對各種像差的校正也比較好，但同時(shí)其價(jià)格也會幾倍甚至上百倍的提高。如果我們掌握一些規(guī)律和經(jīng)驗(yàn)，就可以使用同檔次的鏡頭達(dá)到更好的效果。

1. 焦距大小的影響情況

焦距越小，景深越大;

焦距越小，畸變越大;

焦距越小，漸暈現(xiàn)象越嚴(yán)重，使像差邊緣的照度降低;

2. 光圈大小的影響情況

光圈越大，圖像亮度越高;

光圈越大，景深越小;

光圈越大，分辨率越高;

3. 像場中央與邊緣

一般像場中心較邊緣分辨率高

一般像場中心較邊緣光場照度高

4. 光波長度的影響

在相同的攝像機(jī)及鏡頭參數(shù)條件下，照明光源的光波波長越短，得到的圖像的分辨力越高。所以在需要精密尺寸及位置測量的視覺系統(tǒng)中，盡量采用短波長的單色光作為照明光源，對提高系統(tǒng)精度有很大的作用。