一、工業鏡頭成像質量的影響因素

不同工業鏡頭的(de)(de)成像質量有(you)著有(you)著千差萬別，就算(suan)是同一類型的(de)(de)工(gong)業(ye)鏡(jing)頭(tou)也是如此，這主要是由于材質、加工(gong)精度和(he)鏡(jing)片結構的(de)(de)不同等因(yin)素(su)造成的(de)(de)，同時也導致不同檔次(ci)的(de)(de)工(gong)業(ye)鏡(jing)頭(tou)鏡(jing)頭(tou)價格從(cong)幾百元到幾萬元的(de)(de)巨大差異。

1、材質

在(zai)產品的(de)制(zhi)造(zao)過程中，材(cai)(cai)質(zhi)(zhi)的(de)選擇往(wang)往(wang)會直(zhi)接(jie)影響到最(zui)(zui)終的(de)產品質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)，高清工業鏡(jing)頭(tou)(tou)也是(shi)如此。目前，國內最(zui)(zui)為常見(jian)的(de)鏡(jing)片主要有玻璃(li)鏡(jing)片、復合材(cai)(cai)料(liao)鏡(jing)片以(yi)及樹(shu)脂鏡(jing)片三種(zhong)，不同(tong)材(cai)(cai)質(zhi)(zhi)的(de)鏡(jing)片適合于不同(tong)的(de)應用(yong)。例如，在(zai)監控應用(yong)中，由于樹(shu)脂和復合材(cai)(cai)料(liao)鏡(jing)片在(zai)高溫(wen)和暴曬的(de)條(tiao)件下容易(yi)老化、變形，因此，玻璃(li)鏡(jing)片就(jiu)是(shi)最(zui)(zui)佳的(de)鏡(jing)頭(tou)(tou)材(cai)(cai)質(zhi)(zhi)。適合應用(yong)的(de)最(zui)(zui)佳材(cai)(cai)質(zhi)(zhi)可以(yi)使鏡(jing)頭(tou)(tou)在(zai)成像(xiang)過程中發揮最(zui)(zui)大的(de)作用(yong)，而不適宜的(de)材(cai)(cai)質(zhi)(zhi)則會直(zhi)接(jie)降低(di)鏡(jing)頭(tou)(tou)的(de)品質(zhi)(zhi)，從而降低(di)成像(xiang)質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)。

2、工藝

不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)產品(pin)制(zhi)造工(gong)(gong)藝是不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)，甚至同(tong)一產品(pin)也會存在(zai)(zai)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)制(zhi)造工(gong)(gong)藝，而不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)工(gong)(gong)藝所制(zhi)造出的(de)(de)(de)產品(pin)自然會相應的(de)(de)(de)存在(zai)(zai)一定的(de)(de)(de)差別。鍍膜在(zai)(zai)色彩還原和處(chu)理偏(pian)光(guang)(guang)(guang)偏(pian)色方(fang)面有(you)著很大(da)的(de)(de)(de)作(zuo)用，而鏡(jing)(jing)頭(tou)的(de)(de)(de)鍍膜工(gong)(gong)藝卻有(you)多種，那么(me)，不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)鍍膜工(gong)(gong)藝就會使鏡(jing)(jing)頭(tou)在(zai)(zai)色彩還原及偏(pian)光(guang)(guang)(guang)偏(pian)色處(chu)理方(fang)面存在(zai)(zai)差異。另外(wai)，鍍膜工(gong)(gong)藝還直(zhi)接影響(xiang)著鏡(jing)(jing)頭(tou)的(de)(de)(de)透(tou)(tou)光(guang)(guang)(guang)率，即鏡(jing)(jing)頭(tou)鏡(jing)(jing)片的(de)(de)(de)透(tou)(tou)光(guang)(guang)(guang)能力，而透(tou)(tou)光(guang)(guang)(guang)率的(de)(de)(de)大(da)小又(you)直(zhi)接影響(xiang)到了鏡(jing)(jing)頭(tou)的(de)(de)(de)清晰(xi)度高低，尤(you)其影響(xiang)著高清工(gong)(gong)業鏡(jing)(jing)頭(tou)在(zai)(zai)低照度環(huan)境下的(de)(de)(de)成像(xiang)質量(liang)。

3、技術

非球(qiu)面(mian)(mian)技術是影響鏡(jing)(jing)頭清(qing)晰度(du)，尤其是邊(bian)緣部(bu)分清(qing)晰度(du)的一(yi)個重要(yao)因素，非球(qiu)面(mian)(mian)鏡(jing)(jing)片(pian)可以有(you)效的增加鏡(jing)(jing)頭邊(bian)緣的透光(guang)量，有(you)效的修(xiu)正球(qiu)面(mian)(mian)鏡(jing)(jing)片(pian)造(zao)成的像(xiang)差模糊現(xian)象。目前，常用(yong)(yong)的非球(qiu)面(mian)(mian)制作(zuo)工藝主要(yao)有(you)針對玻璃鏡(jing)(jing)片(pian)邊(bian)緣運用(yong)(yong)研磨工藝與直接在玻璃球(qiu)面(mian)(mian)表(biao)面(mian)(mian)進行(xing)鍍膜(mo)兩種方(fang)式。對于高清(qing)工業鏡(jing)(jing)頭來說，非球(qiu)面(mian)(mian)技術是保障其高清(qing)成像(xiang)的關(guan)鍵之一(yi)。

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二、工業鏡頭的主要參數對成像質量的影響

行業中一般用(yong)光(guang)學(xue)(xue)傳遞(di)函(han)數(shu)OTF（OpticalTransferFunction）來綜合評價某(mou)個鏡(jing)頭成(cheng)像質量的(de)(de)(de)好與壞，光(guang)學(xue)(xue)傳遞(di)函(han)數(shu)，即光(guang)學(xue)(xue)系(xi)統(tong)傳遞(di)的(de)(de)(de)是亮度(du)沿空間分布的(de)(de)(de)信(xin)息(xi)，當它在傳遞(di)被拍物圖像數(shu)據信(xin)息(xi)時(shi)，被傳遞(di)為(wei)各空間頻率的(de)(de)(de)正弦(xian)波(bo)信(xin)號，其調制度(du)和位相(xiang)在成(cheng)實際像時(shi)的(de)(de)(de)變化(hua)，均為(wei)空間頻率的(de)(de)(de)函(han)數(shu)。

像(xiang)差則是影響圖(tu)像(xiang)質量的(de)重(zhong)要因素，常見的(de)像(xiang)差有：

1、球差：由主(zhu)軸上(shang)某一(yi)(yi)(yi)物點(dian)(dian)向光(guang)學(xue)系統發(fa)出的(de)單色圓錐形(xing)光(guang)束，經(jing)光(guang)學(xue)折射(she)后，由同一(yi)(yi)(yi)物點(dian)(dian)散射(she)的(de)光(guang)束經(jing)過透鏡(jing)后，不交在同一(yi)(yi)(yi)位(wei)置上(shang)，以至在主(zhu)軸上(shang)的(de)理想像平(ping)面處，形(xing)成一(yi)(yi)(yi)個漫射(she)光(guang)斑(ban)，即此現象(xiang)稱為球差。

2、慧差(cha)：由位于主軸外(wai)的某一軸外(wai)物(wu)點，向光學(xue)(xue)系統發(fa)出的單色圓(yuan)錐形光束(shu)，經(jing)該光學(xue)(xue)系列(lie)折射后，若在理想(xiang)像(xiang)平面(mian)處(chu)不能結成(cheng)(cheng)清(qing)晰點，而是結成(cheng)(cheng)拖著明亮(liang)尾(wei)巴的慧星形光斑，則此光學(xue)(xue)系統的成(cheng)(cheng)像(xiang)誤差(cha)稱為慧差(cha)。

3、像(xiang)散：由位于主軸外(wai)的某一軸外(wai)物點，向光(guang)(guang)學系(xi)統發出的斜(xie)射(she)單色圓錐(zhui)形光(guang)(guang)束，經該光(guang)(guang)學系(xi)列折(zhe)射(she)后(hou)，不能(neng)結(jie)成一個清晰像(xiang)點，而只能(neng)結(jie)成一彌散光(guang)(guang)斑，則此(ci)光(guang)(guang)學系(xi)統的成像(xiang)誤差稱為像(xiang)散。

4、場曲：垂(chui)直(zhi)于(yu)主軸的(de)(de)平(ping)面(mian)物體經光學系統所結(jie)成(cheng)的(de)(de)清晰(xi)影(ying)像(xiang)，若不(bu)在一(yi)垂(chui)直(zhi)于(yu)主軸的(de)(de)像(xiang)平(ping)面(mian)內，而(er)在一(yi)以主軸為(wei)(wei)對稱(cheng)的(de)(de)彎曲表面(mian)上，即最(zui)佳像(xiang)面(mian)為(wei)(wei)一(yi)曲面(mian)，則此(ci)光學系統的(de)(de)成(cheng)像(xiang)誤差(cha)稱(cheng)為(wei)(wei)場曲。

5、色(se)(se)(se)差：由白色(se)(se)(se)物體向光(guang)(guang)學(xue)系統(tong)發(fa)出一束白光(guang)(guang)，經光(guang)(guang)學(xue)系統(tong)折射(she)后，各色(se)(se)(se)光(guang)(guang)不能會聚于一點上，而形成一彩色(se)(se)(se)像斑，稱為色(se)(se)(se)差。

6、畸變(bian)：被(bei)拍平面內的主軸外直線，經光(guang)學系統成像后變(bian)為曲線，則(ze)此光(guang)學系統的成像誤差(cha)稱為畸變(bian)。

在評價工業鏡頭質量時還會從分辨率、明銳度和景(jing)深等(deng)實(shi)用參數判斷：

1、分(fen)辨率(lv)(lv)：又稱鑒(jian)別率(lv)(lv)、解像力，指鏡(jing)(jing)頭(tou)清晰分(fen)辨被(bei)攝景物纖維細節的能力，制(zhi)約鏡(jing)(jing)頭(tou)分(fen)辨率(lv)(lv)的原因是光的衍射現(xian)象，即衍射光斑(ban)。

2、明銳(rui)度(du)：也稱(cheng)對比度(du)，是(shi)指圖像中(zhong)最(zui)(zui)亮和(he)最(zui)(zui)暗(an)的部(bu)分的對比度(du)。

3、景深(shen)：調焦物平面前后(hou)的能(neng)(neng)形(xing)成(cheng)相(xiang)對清(qing)晰影像的實物縱深(shen)距離，也就是(shi)能(neng)(neng)獲得相(xiang)對清(qing)晰影像的景物空間深(shen)度(du)范圍(wei)，稱為(wei)景深(shen)。

4、最(zui)大(da)相對(dui)(dui)孔徑與光(guang)圈系數(shu)：相對(dui)(dui)孔徑，是指該鏡(jing)頭的入射光(guang)孔直徑（D）與焦距（f）之比，即：相對(dui)(dui)孔徑＝D/f。相對(dui)(dui)孔徑的倒數(shu)稱為(wei)光(guang)圈系數(shu)。

工業鏡(jing)(jing)頭(tou)(tou)質量的(de)(de)好壞，直接影響(xiang)到圖像(xiang)質量的(de)(de)效果，最終影響(xiang)到機(ji)器視覺系統(tong)的(de)(de)整體(ti)性(xing)能，鏡(jing)(jing)頭(tou)(tou)主要參數對成像(xiang)質量的(de)(de)影響(xiang)：

1、焦距大小的(de)影響

焦(jiao)距越(yue)(yue)小，景深越(yue)(yue)大(da)。焦(jiao)距越(yue)(yue)小，畸變越(yue)(yue)大(da)。

焦(jiao)距越小，漸暈現象越嚴重，使像差邊緣的照(zhao)度降低。

2、光(guang)圈大小的(de)影響

光(guang)(guang)圈越(yue)大，圖像亮度(du)越(yue)高(gao)。光(guang)(guang)圈越(yue)大，景深越(yue)小(xiao)。

光圈越(yue)(yue)大，分辨(bian)率越(yue)(yue)高。光圈越(yue)(yue)大，球差和慧(hui)差越(yue)(yue)嚴(yan)重。

光(guang)圈(quan)越(yue)大，漸暈(yun)現象越(yue)嚴重，光(guang)場(chang)照度越(yue)不均勻。

3、圖像(xiang)中心與邊緣的影響

圖像中心較邊(bian)緣分辨率高(gao)。

圖像中心較邊緣光場照度高。

像圖像中(zhong)心較(jiao)邊(bian)緣畸變小。

4、光波的影響

在(zai)相同(tong)的(de)相機及鏡頭參數(shu)條(tiao)件下，視覺光(guang)源(yuan)的(de)光(guang)波(bo)波(bo)長越(yue)短，鏡頭的(de)分辨力越(yue)高。所以在(zai)精(jing)密測量(liang)的(de)視覺系(xi)(xi)統項目中，盡(jin)量(liang)采用(yong)短波(bo)長的(de)單(dan)色(se)光(guang)作為照明光(guang)源(yuan)，對提高系(xi)(xi)統穩定性和圖像(xiang)精(jing)度(du)有很大的(de)作用(yong)。