一、工業鏡頭成像質量的影響因素

不同工業鏡頭的成像質量有(you)著有(you)著千差萬(wan)別，就算是同一類型的工(gong)業鏡(jing)頭(tou)也是如此(ci)，這主要是由于材質、加(jia)工(gong)精度和鏡(jing)片結(jie)構(gou)的不(bu)同等(deng)因素造成的，同時也導致不(bu)同檔(dang)次的工(gong)業鏡(jing)頭(tou)鏡(jing)頭(tou)價格從幾(ji)百(bai)元(yuan)到幾(ji)萬(wan)元(yuan)的巨大差異(yi)。

1、材質

在(zai)產品的(de)(de)制造過(guo)程(cheng)中，材(cai)質(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)選擇(ze)往往會(hui)直(zhi)接影響(xiang)到最(zui)終的(de)(de)產品質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)，高清工業(ye)鏡(jing)(jing)頭也(ye)是如此(ci)(ci)。目前，國內(nei)最(zui)為常見的(de)(de)鏡(jing)(jing)片(pian)(pian)主要有玻璃鏡(jing)(jing)片(pian)(pian)、復(fu)合(he)(he)材(cai)料鏡(jing)(jing)片(pian)(pian)以及樹(shu)脂鏡(jing)(jing)片(pian)(pian)三種，不(bu)(bu)(bu)同材(cai)質(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)鏡(jing)(jing)片(pian)(pian)適(shi)合(he)(he)于(yu)不(bu)(bu)(bu)同的(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)。例如，在(zai)監控(kong)應(ying)用(yong)(yong)中，由于(yu)樹(shu)脂和復(fu)合(he)(he)材(cai)料鏡(jing)(jing)片(pian)(pian)在(zai)高溫和暴曬的(de)(de)條件下(xia)容易老化、變形，因此(ci)(ci)，玻璃鏡(jing)(jing)片(pian)(pian)就是最(zui)佳(jia)的(de)(de)鏡(jing)(jing)頭材(cai)質(zhi)(zhi)(zhi)。適(shi)合(he)(he)應(ying)用(yong)(yong)的(de)(de)最(zui)佳(jia)材(cai)質(zhi)(zhi)(zhi)可以使鏡(jing)(jing)頭在(zai)成(cheng)像過(guo)程(cheng)中發揮(hui)最(zui)大(da)的(de)(de)作用(yong)(yong)，而不(bu)(bu)(bu)適(shi)宜(yi)的(de)(de)材(cai)質(zhi)(zhi)(zhi)則會(hui)直(zhi)接降低鏡(jing)(jing)頭的(de)(de)品質(zhi)(zhi)(zhi)，從(cong)而降低成(cheng)像質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)。

2、工藝

不同(tong)的(de)(de)產(chan)品制造(zao)工(gong)藝是不同(tong)的(de)(de)，甚至同(tong)一(yi)產(chan)品也(ye)會存在(zai)不同(tong)的(de)(de)制造(zao)工(gong)藝，而不同(tong)的(de)(de)工(gong)藝所(suo)制造(zao)出的(de)(de)產(chan)品自然會相應的(de)(de)存在(zai)一(yi)定的(de)(de)差別。鍍(du)膜(mo)在(zai)色彩還原和處(chu)(chu)理偏光偏色方面有著(zhu)很大(da)的(de)(de)作用(yong)，而鏡(jing)(jing)(jing)(jing)頭的(de)(de)鍍(du)膜(mo)工(gong)藝卻有多種，那么(me)，不同(tong)的(de)(de)鍍(du)膜(mo)工(gong)藝就會使(shi)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)頭在(zai)色彩還原及偏光偏色處(chu)(chu)理方面存在(zai)差異。另外，鍍(du)膜(mo)工(gong)藝還直接影(ying)響著(zhu)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)頭的(de)(de)透光率，即鏡(jing)(jing)(jing)(jing)頭鏡(jing)(jing)(jing)(jing)片的(de)(de)透光能(neng)力(li)，而透光率的(de)(de)大(da)小(xiao)又直接影(ying)響到了鏡(jing)(jing)(jing)(jing)頭的(de)(de)清晰度高低，尤(you)其影(ying)響著(zhu)高清工(gong)業鏡(jing)(jing)(jing)(jing)頭在(zai)低照度環境下的(de)(de)成(cheng)像(xiang)質量。

3、技術

非球(qiu)面(mian)(mian)(mian)技術是(shi)影響鏡頭清晰度(du)，尤其是(shi)邊(bian)緣(yuan)部分清晰度(du)的(de)(de)(de)一(yi)個重(zhong)要(yao)因素，非球(qiu)面(mian)(mian)(mian)鏡片(pian)可以有效(xiao)的(de)(de)(de)增加鏡頭邊(bian)緣(yuan)的(de)(de)(de)透光(guang)量，有效(xiao)的(de)(de)(de)修正球(qiu)面(mian)(mian)(mian)鏡片(pian)造成的(de)(de)(de)像差(cha)模糊現象。目前，常用的(de)(de)(de)非球(qiu)面(mian)(mian)(mian)制作工(gong)藝主(zhu)要(yao)有針對(dui)玻(bo)璃鏡片(pian)邊(bian)緣(yuan)運用研磨工(gong)藝與直接在玻(bo)璃球(qiu)面(mian)(mian)(mian)表面(mian)(mian)(mian)進行鍍(du)膜兩種方式。對(dui)于高清工(gong)業(ye)鏡頭來說，非球(qiu)面(mian)(mian)(mian)技術是(shi)保(bao)障(zhang)其高清成像的(de)(de)(de)關鍵(jian)之一(yi)。

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二、工業鏡頭的主要參數對成像質量的影響

行業中(zhong)一般用(yong)光(guang)學(xue)傳(chuan)遞(di)函數(shu)OTF（OpticalTransferFunction）來綜合評價某(mou)個鏡頭(tou)成像(xiang)質量的(de)好與(yu)壞(huai)，光(guang)學(xue)傳(chuan)遞(di)函數(shu)，即光(guang)學(xue)系統傳(chuan)遞(di)的(de)是亮度沿(yan)空(kong)間分布的(de)信息，當它在傳(chuan)遞(di)被(bei)拍物圖(tu)像(xiang)數(shu)據信息時，被(bei)傳(chuan)遞(di)為各(ge)空(kong)間頻率(lv)的(de)正弦波信號，其調(diao)制度和位(wei)相(xiang)在成實際(ji)像(xiang)時的(de)變化，均為空(kong)間頻率(lv)的(de)函數(shu)。

像(xiang)(xiang)差則是(shi)影響圖像(xiang)(xiang)質量的(de)重要因素(su)，常見的(de)像(xiang)(xiang)差有(you)：

1、球差：由(you)主軸上某一(yi)物點向(xiang)光(guang)(guang)學系統發出的(de)單(dan)色圓錐形(xing)光(guang)(guang)束(shu)，經光(guang)(guang)學折射后，由(you)同(tong)一(yi)物點散射的(de)光(guang)(guang)束(shu)經過(guo)透鏡后，不(bu)交在(zai)同(tong)一(yi)位置上，以至在(zai)主軸上的(de)理想像平(ping)面處，形(xing)成一(yi)個漫射光(guang)(guang)斑(ban)，即(ji)此現象稱為球差。

2、慧差(cha)：由位于主(zhu)軸外的某一軸外物點，向光(guang)(guang)學系(xi)統發(fa)出的單(dan)色圓錐形(xing)光(guang)(guang)束，經該(gai)光(guang)(guang)學系(xi)列折射后，若(ruo)在理想(xiang)像(xiang)平面處不(bu)能結(jie)成清晰點，而是結(jie)成拖著(zhu)明亮尾巴的慧星形(xing)光(guang)(guang)斑，則此光(guang)(guang)學系(xi)統的成像(xiang)誤差(cha)稱為慧差(cha)。

3、像散(san)：由位于主軸(zhou)(zhou)外的(de)某一(yi)軸(zhou)(zhou)外物點，向光學系(xi)(xi)統(tong)發出的(de)斜射單(dan)色圓(yuan)錐形光束，經(jing)該光學系(xi)(xi)列(lie)折射后(hou)，不能結成(cheng)(cheng)一(yi)個清晰像點，而只(zhi)能結成(cheng)(cheng)一(yi)彌散(san)光斑，則此光學系(xi)(xi)統(tong)的(de)成(cheng)(cheng)像誤差稱為像散(san)。

4、場曲：垂直(zhi)于主(zhu)軸的(de)平(ping)面(mian)(mian)物體經光(guang)學(xue)系(xi)統(tong)(tong)所結成的(de)清晰影像，若(ruo)不在一(yi)垂直(zhi)于主(zhu)軸的(de)像平(ping)面(mian)(mian)內(nei)，而在一(yi)以(yi)主(zhu)軸為對(dui)稱的(de)彎曲表面(mian)(mian)上，即(ji)最佳像面(mian)(mian)為一(yi)曲面(mian)(mian)，則此光(guang)學(xue)系(xi)統(tong)(tong)的(de)成像誤差稱為場曲。

5、色(se)(se)差(cha)：由(you)白色(se)(se)物(wu)體向光(guang)學系統(tong)(tong)發出一(yi)(yi)束白光(guang)，經光(guang)學系統(tong)(tong)折射后，各色(se)(se)光(guang)不(bu)能會聚于(yu)一(yi)(yi)點(dian)上，而形成(cheng)一(yi)(yi)彩色(se)(se)像斑，稱為色(se)(se)差(cha)。

6、畸變(bian)：被拍平面內(nei)的主(zhu)軸外直線，經光學(xue)系(xi)統成像后(hou)變(bian)為(wei)(wei)曲(qu)線，則此光學(xue)系(xi)統的成像誤差稱為(wei)(wei)畸變(bian)。

在評價工業鏡頭質(zhi)量(liang)時還會從分辨(bian)率、明銳度和(he)景深等實(shi)用參數判(pan)斷：

1、分辨(bian)(bian)率：又稱鑒(jian)別率、解像力，指鏡頭(tou)清晰分辨(bian)(bian)被攝景(jing)物(wu)纖維細節的能力，制約鏡頭(tou)分辨(bian)(bian)率的原因是(shi)光(guang)的衍射(she)現象，即衍射(she)光(guang)斑。

2、明銳(rui)度：也稱對比度，是指(zhi)圖像(xiang)中最(zui)亮和最(zui)暗的部分(fen)的對比度。

3、景(jing)深(shen)：調(diao)焦物(wu)(wu)平面前后的能形成相(xiang)對(dui)清晰影像的實物(wu)(wu)縱深(shen)距離，也就是能獲得相(xiang)對(dui)清晰影像的景(jing)物(wu)(wu)空間深(shen)度范(fan)圍，稱為景(jing)深(shen)。

4、最大相對(dui)(dui)孔徑(jing)(jing)與光(guang)圈系數：相對(dui)(dui)孔徑(jing)(jing)，是指該鏡(jing)頭的入射光(guang)孔直徑(jing)(jing)（D）與焦距（f）之比(bi)，即(ji)：相對(dui)(dui)孔徑(jing)(jing)＝D/f。相對(dui)(dui)孔徑(jing)(jing)的倒數稱為光(guang)圈系數。

工業鏡頭質量的(de)好壞，直(zhi)接影響(xiang)(xiang)到圖像質量的(de)效(xiao)果，最(zui)終影響(xiang)(xiang)到機器視覺系統的(de)整體性能，鏡頭主(zhu)要參數對成像質量的(de)影響(xiang)(xiang)：

1、焦距大小的影響

焦距(ju)越(yue)小，景深越(yue)大。焦距(ju)越(yue)小，畸變越(yue)大。

焦距越(yue)小(xiao)，漸(jian)暈現(xian)象(xiang)越(yue)嚴重，使像差邊緣的照(zhao)度降低(di)。

2、光圈大(da)小的影響

光圈越(yue)大(da)，圖(tu)像(xiang)亮度越(yue)高。光圈越(yue)大(da)，景深越(yue)小。

光圈(quan)越(yue)大，分(fen)辨率越(yue)高。光圈(quan)越(yue)大，球差和慧差越(yue)嚴重。

光圈越(yue)(yue)大，漸暈現象越(yue)(yue)嚴重，光場(chang)照度越(yue)(yue)不(bu)均勻。

3、圖像中心與邊緣的影(ying)響

圖像中心較邊緣分辨率高。

圖(tu)像中心較邊緣光場(chang)照度高(gao)。

像圖像中心較邊緣畸變小。

4、光波的影響

在相(xiang)同的(de)相(xiang)機(ji)及(ji)鏡(jing)頭(tou)參數條件下，視覺(jue)光(guang)(guang)源的(de)光(guang)(guang)波(bo)波(bo)長越(yue)短，鏡(jing)頭(tou)的(de)分辨(bian)力越(yue)高。所以(yi)在精(jing)密測(ce)量的(de)視覺(jue)系統項目中，盡量采(cai)用短波(bo)長的(de)單色光(guang)(guang)作為(wei)照明光(guang)(guang)源，對提高系統穩定性和圖像精(jing)度(du)有(you)很大的(de)作用。