影響視覺成像的核心參數

焦距｜變焦與對焦

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。例如18-55mm和70-200mm鏡頭就是典型的變焦鏡頭。

劃重點：焦距越長，視角越窄。

對焦通常指調整鏡片組和底片（傳感器平面）之間的距離，從而使被攝物在CCD/CMOS上成的像清晰。

我們通常說的“調焦”一般指“對焦”。有些人認為定焦鏡頭不能調焦的說法是錯誤的，定焦也是可以對焦的。

光圈｜成像銳度

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，例如F1.8-F16，對于普通的單反鏡頭來說，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，超小光圈處影響銳利度的因素。

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。與之相關的概念有愛里斑、瑞利判據等。

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。

光線既然不能完美匯聚，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。一般來說對焦不會非常準確，光圈小的時候景深更深，也會顯得更銳利。

劃重點：光圈越小，成像越銳利。

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，例如螢石，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。例如EF 200mm f/2L IS USM鏡頭如下圖所示。

光源｜互補紅光與藍光

解像力方面，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。

而紅光呢，黑白CCD對紅光更敏感，但其實這優勢并不大，或許在需要盡量減輕環境光干擾的時候，有一點作用。此外，紅光源的優勢是價格比藍光源便宜一些。

拍攝彩色物體方面，很多人認為區分彩色物體一定需要彩色相機，其實不然。對于一幅RGB彩色圖，轉為有明暗變化的灰度圖時，遵循的公式通常是這樣的，結果

亮度灰階值=30%紅色+59%綠色+11%藍色。

也就是說，不同顏色的物體轉為灰色時，亮度是不一樣的。并且，當你給物體打某種顏色的光的時候，再用黑白相機拍，得到的灰度圖片又不一樣，如下圖所示。

可以總結如下，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。

清晰度｜增益調整

光圈、快門時間、ISO（增益）是取得合適曝光的三駕馬車，三者互相合作也互相制約。

攝像領域ISO通常取值為100-3200。而ISO這個參數在工業機器視覺領域被換了個名字，叫做gain（增益），這個參數一般不用調。

同時由于在工業應用中，工業相機的增益是通過對傳感器輸出的電信號進行放大來實現。因此增益越高，信號就會被放大得越多，圖像的對比度和亮度就會增加，從而使得圖像更清晰、更易于觀察。

特別是在低光照條件下，高增益可以有效地提高圖像的清晰度和可見度，使得拍攝到的圖像更加清晰。

然而，增益也會增加圖像的噪音。當增益提高時，傳感器輸出的信號也會變得更加嘈雜。這些額外的噪音會影響圖像的質量，導致圖像變得模糊或者出現噪點。因此，在選擇增益時需要根據具體應用場景進行權衡，以獲得最佳的圖像效果。

劃重點：調整增益可以改變清晰度，但會引入噪點。

景深｜亮度與光圈

光源亮度高，可以降低曝光時間，可以提高采圖速度。

此外，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。

劃重點：光圈越小，景深越大。