相機鏡頭光學基礎知識：工業中紅光和藍光使用區別

1、變焦和對焦有什么區別？

變焦就是改變鏡頭的焦距（準確說是像距），以改變拍攝的視角，也就是通常所說的把被攝體拉近或推遠。焦距越長，視角越窄。

對焦通常指調整鏡片組和芯片（傳感器平面）之間的距離，使被拍攝的物體清晰可見。我們通常說的“調焦”一般指“對焦”。

2、為什么鏡頭在最大光圈時通常成像不佳，或者說“成像比較肉”？

追求成像的銳利應該是所有鏡頭的追求。鏡頭的光圈值一般從F1.2 - F32不等。通常成像最銳利的光圈值是F5.6或者F8，為什么呢？這涉及到2個概念，一個是球差、一個是衍射。

衍射：超小光圈時影響銳利度的因素。衍射（diffraction）是指波遇到障礙物時偏離原來直線傳播的物理現象。在經典物理學中，波在穿過狹縫、小孔或圓盤之類的障礙物后會發生不同程度的彎散傳播。球差：大光圈時影響銳利度的因素。

我們通?？吹降耐哥R成像的簡化圖中，平行光通過透鏡以后匯聚于一點，這點叫做焦點，其實真實的情況并非如此。如下圖所示：

光線不能完美匯聚，也就不可能產生銳利的成像。當光圈大（光圈F值?。┑臅r候，透鏡接收光的圓面很大，于是光線的匯聚處會非常分散，造成成像不銳利。當光圈縮小的時候，透鏡接收光的圓面很小，這時候光線經過透鏡以后，匯聚處相對來說更集中一些，這樣成像也就更加銳利了。

當然，對于實際的鏡頭來說，鏡頭內部的鏡片是很復雜的，可能有幾片甚至十幾片鏡片，有些鏡片的材質還較為昂貴，它們的主要作用其實就是改善鏡頭的光學素質，校正各種球差、彗差、色散、畸變等等。

3、工業中，紅光和藍光使用上有什么區別？

解析力方面：藍光由于波長更短，衍射效應更弱，因此刻畫細節的能力更強，拍攝微小的物體，藍光是首選。而紅光，黑白CCD對紅光更敏感，在需要盡量減輕環境光干擾的時候，有一點作用。

拍攝成像方面：用紅色光給彩色物體打光，然后用黑白相機拍攝，物體紅色的部分變成亮白色，物體白色部分變成淺灰色，跟紅色差異大的顏色則變成暗黑色，黑色還是黑色。

4、為什么工業領域很少提及ISO這個參數？

一般在工業領域的機器視覺中都知道光圈、快門（曝光時間），工業機器視覺領域有沒有ISO這個參數呢？有的，只不過換了個名字，叫做gain（增益），這個參數一般沒人調它，一般也不用調。

光圈、快門時間、ISO是取得合適曝光的三駕馬車，三者互相合作也互相制約。ISO通常取值為100-3200。

通常ISO越高，相機感應光的能力越強，相應的噪點也越多，畫質也越差。對于每一個攝影師來說，絕大多數情況下，他都希望把ISO固定在100，因為這可以獲得最純凈的畫面，但這幾乎是不可能的。因為在暗光環境下，ISO太低，只能強行調大光圈，但是光圈是有限的，因此只能增加快門時間，但是快門時間一長，手持拍攝必然糊片。

但是在工業領域一般不存在這個問題（或者說這個問題是次要問題），一是因為工業相機一般不動，曝光時間很長也不會糊片，另外，工業視覺設備光源自帶，幾乎不存在暗光環境。

5、為什么光源的亮度越高越好？

高亮度光源至少有這些好處：光源亮度高，快門時間就能降下來，有可能可以提高采圖速度；其次光源亮度高，可以大大減輕環境雜光的影響；另外，光源亮度高，可以將光圈縮小，而通?？s小光圈可以得到更銳利的畫面和更大的景深，這些對于機器視覺系統來說是極為重要的。所以選擇光源的時候，光源亮度越高越好。

6、什么是單顆像素質量？

單顆像素指的是傳感器上的一顆像素，單顆像素質量通常直接和像素顆粒的大小有關。例如有的相機的像素顆粒是5μm × 5μm，而很多手機的像素顆粒大小是1.12μm × 1.12μm，或者1.3μm × 1.3μm，這個數值越大，表明單顆像素質量越好。

主要原因是，像素之間存在電訊干擾，像素顆粒越小，相同面積的像素點越多，那么越容易產生相互干擾，帶來的結果是畫質純凈度的下降。反之，像素顆粒越大，相同面積的像素點越少，干擾越少，成像畫質純凈度會更有優勢。

審核編輯：黃飛