一、工業鏡頭成像質量的影響因素

不同工業鏡頭的(de)成像質(zhi)量有著(zhu)有著(zhu)千差萬別，就算是(shi)(shi)同(tong)一類型的(de)工業鏡頭(tou)(tou)也是(shi)(shi)如此，這主要是(shi)(shi)由于(yu)材質(zhi)、加(jia)工精度和鏡片結(jie)構的(de)不(bu)同(tong)等因(yin)素造成的(de)，同(tong)時(shi)也導致不(bu)同(tong)檔(dang)次的(de)工業鏡頭(tou)(tou)鏡頭(tou)(tou)價格(ge)從幾(ji)百元到(dao)幾(ji)萬元的(de)巨大差異。

1、材質

在產(chan)品(pin)的(de)制造過程(cheng)中，材質的(de)選擇(ze)往往會直(zhi)接影響到(dao)最(zui)(zui)(zui)終的(de)產(chan)品(pin)質量，高清(qing)工業鏡(jing)頭(tou)也是如此(ci)。目前，國內最(zui)(zui)(zui)為(wei)常見(jian)的(de)鏡(jing)片(pian)(pian)(pian)主(zhu)要(yao)有玻(bo)璃鏡(jing)片(pian)(pian)(pian)、復合材料鏡(jing)片(pian)(pian)(pian)以及樹脂鏡(jing)片(pian)(pian)(pian)三種，不同材質的(de)鏡(jing)片(pian)(pian)(pian)適合于(yu)不同的(de)應(ying)用(yong)。例如，在監控(kong)應(ying)用(yong)中，由于(yu)樹脂和(he)復合材料鏡(jing)片(pian)(pian)(pian)在高溫和(he)暴曬的(de)條件下容易(yi)老化、變形(xing)，因(yin)此(ci)，玻(bo)璃鏡(jing)片(pian)(pian)(pian)就是最(zui)(zui)(zui)佳的(de)鏡(jing)頭(tou)材質。適合應(ying)用(yong)的(de)最(zui)(zui)(zui)佳材質可以使鏡(jing)頭(tou)在成(cheng)像過程(cheng)中發揮最(zui)(zui)(zui)大的(de)作用(yong)，而不適宜的(de)材質則(ze)會直(zhi)接降低鏡(jing)頭(tou)的(de)品(pin)質，從而降低成(cheng)像質量。

2、工藝

不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)產(chan)(chan)品制造工(gong)藝是(shi)不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)，甚至同(tong)(tong)一產(chan)(chan)品也會(hui)存(cun)在(zai)不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)制造工(gong)藝，而不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)工(gong)藝所制造出的(de)(de)(de)(de)產(chan)(chan)品自然會(hui)相應的(de)(de)(de)(de)存(cun)在(zai)一定的(de)(de)(de)(de)差別。鍍膜(mo)(mo)在(zai)色(se)彩(cai)還(huan)原和處(chu)理偏光偏色(se)方面(mian)有著很大的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用，而鏡(jing)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)鍍膜(mo)(mo)工(gong)藝卻有多種(zhong)，那么(me)，不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)鍍膜(mo)(mo)工(gong)藝就會(hui)使鏡(jing)頭(tou)在(zai)色(se)彩(cai)還(huan)原及(ji)偏光偏色(se)處(chu)理方面(mian)存(cun)在(zai)差異。另外，鍍膜(mo)(mo)工(gong)藝還(huan)直(zhi)接影響(xiang)著鏡(jing)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)透光率，即(ji)鏡(jing)頭(tou)鏡(jing)片的(de)(de)(de)(de)透光能力(li)，而透光率的(de)(de)(de)(de)大小又直(zhi)接影響(xiang)到了鏡(jing)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)清(qing)晰度高(gao)低(di)，尤(you)其影響(xiang)著高(gao)清(qing)工(gong)業(ye)鏡(jing)頭(tou)在(zai)低(di)照度環境下的(de)(de)(de)(de)成(cheng)像質量。

3、技術

非(fei)(fei)球(qiu)面技術是(shi)(shi)影響鏡頭清(qing)晰度(du)，尤其是(shi)(shi)邊(bian)緣部分清(qing)晰度(du)的(de)一(yi)個(ge)重要(yao)因素(su)，非(fei)(fei)球(qiu)面鏡片可以有(you)效的(de)增加鏡頭邊(bian)緣的(de)透光量，有(you)效的(de)修正球(qiu)面鏡片造(zao)成(cheng)的(de)像(xiang)差模糊現象。目前(qian)，常(chang)用(yong)的(de)非(fei)(fei)球(qiu)面制作工藝主要(yao)有(you)針對玻璃(li)鏡片邊(bian)緣運用(yong)研磨工藝與直接在玻璃(li)球(qiu)面表面進行鍍膜兩種方式。對于高(gao)清(qing)工業鏡頭來(lai)說，非(fei)(fei)球(qiu)面技術是(shi)(shi)保(bao)障(zhang)其高(gao)清(qing)成(cheng)像(xiang)的(de)關鍵之一(yi)。

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二、工業鏡頭的主要參數對成像質量的影響

行業中一般用光(guang)學(xue)傳(chuan)遞(di)函數(shu)OTF（OpticalTransferFunction）來綜合評價某個鏡頭成像(xiang)質量的(de)好與壞，光(guang)學(xue)傳(chuan)遞(di)函數(shu)，即光(guang)學(xue)系(xi)統(tong)傳(chuan)遞(di)的(de)是亮度(du)沿(yan)空(kong)間(jian)(jian)分布的(de)信息，當它在傳(chuan)遞(di)被(bei)拍物圖像(xiang)數(shu)據信息時，被(bei)傳(chuan)遞(di)為各空(kong)間(jian)(jian)頻率(lv)的(de)正弦波信號，其調制度(du)和位(wei)相(xiang)在成實際像(xiang)時的(de)變化(hua)，均為空(kong)間(jian)(jian)頻率(lv)的(de)函數(shu)。

像差則是影響圖像質量的(de)重(zhong)要因(yin)素，常(chang)見的(de)像差有：

1、球差：由(you)主軸上(shang)某一物(wu)點(dian)向光學(xue)系統發出的單(dan)色圓錐形光束(shu)，經光學(xue)折射后，由(you)同一物(wu)點(dian)散射的光束(shu)經過透鏡后，不交在(zai)同一位置上(shang)，以(yi)至在(zai)主軸上(shang)的理(li)想像平面處，形成(cheng)一個漫射光斑，即此現象(xiang)稱為球差。

2、慧差：由位于主軸(zhou)外的某一軸(zhou)外物(wu)點，向光(guang)學系統發出的單色圓錐(zhui)形光(guang)束，經(jing)該光(guang)學系列折射后，若(ruo)在理想像平面處不能(neng)結成清(qing)晰(xi)點，而是(shi)結成拖著(zhu)明亮尾(wei)巴的慧星(xing)形光(guang)斑(ban)，則此光(guang)學系統的成像誤差稱(cheng)為慧差。

3、像散：由(you)位于主軸外的某一(yi)(yi)軸外物點，向光(guang)學(xue)(xue)系(xi)統發出的斜射(she)單色圓錐形光(guang)束，經該光(guang)學(xue)(xue)系(xi)列(lie)折(zhe)射(she)后，不能(neng)結成一(yi)(yi)個清(qing)晰像點，而只能(neng)結成一(yi)(yi)彌散光(guang)斑，則此光(guang)學(xue)(xue)系(xi)統的成像誤差(cha)稱(cheng)為(wei)像散。

4、場(chang)曲：垂直(zhi)于主(zhu)軸的平(ping)面物體經光(guang)學(xue)系統所(suo)結成的清晰影(ying)像(xiang)，若(ruo)不在一垂直(zhi)于主(zhu)軸的像(xiang)平(ping)面內(nei)，而(er)在一以主(zhu)軸為對稱(cheng)的彎曲表面上，即最佳像(xiang)面為一曲面，則此光(guang)學(xue)系統的成像(xiang)誤(wu)差稱(cheng)為場(chang)曲。

5、色(se)差：由白色(se)物(wu)體向光(guang)學系(xi)統(tong)發出一(yi)束白光(guang)，經光(guang)學系(xi)統(tong)折射后，各色(se)光(guang)不能會聚于一(yi)點上，而形成一(yi)彩色(se)像斑，稱為(wei)色(se)差。

6、畸變(bian)：被拍平面內的主軸外直線，經(jing)光(guang)(guang)學系統成(cheng)像(xiang)后變(bian)為曲線，則此(ci)光(guang)(guang)學系統的成(cheng)像(xiang)誤(wu)差稱為畸變(bian)。

在評價工業鏡頭質(zhi)量(liang)時還會(hui)從分(fen)辨率、明銳(rui)度和(he)景深等(deng)實用參數判斷(duan)：

1、分(fen)辨(bian)率(lv)(lv)：又稱(cheng)鑒別率(lv)(lv)、解像力，指鏡頭清(qing)晰分(fen)辨(bian)被攝景物纖維細節的能(neng)力，制約(yue)鏡頭分(fen)辨(bian)率(lv)(lv)的原因是光的衍射現象，即衍射光斑。

2、明銳(rui)度：也稱對比(bi)度，是指圖像中最亮和最暗的(de)部分的(de)對比(bi)度。

3、景(jing)深(shen)：調焦物(wu)平面前后(hou)的(de)(de)能形成相(xiang)對(dui)清晰影像的(de)(de)實物(wu)縱深(shen)距(ju)離，也就是能獲(huo)得相(xiang)對(dui)清晰影像的(de)(de)景(jing)物(wu)空(kong)間深(shen)度范圍，稱為景(jing)深(shen)。

4、最大相對(dui)孔(kong)徑(jing)與光圈系數：相對(dui)孔(kong)徑(jing)，是指該鏡(jing)頭的(de)入射光孔(kong)直徑(jing)（D）與焦距（f）之比(bi)，即：相對(dui)孔(kong)徑(jing)＝D/f。相對(dui)孔(kong)徑(jing)的(de)倒數稱為(wei)光圈系數。

工業鏡頭質量的(de)好(hao)壞，直接影響到圖像(xiang)質量的(de)效果，最終影響到機器(qi)視覺系統(tong)的(de)整體性能，鏡頭主要參數對成(cheng)像(xiang)質量的(de)影響：

1、焦距大小(xiao)的影響

焦距(ju)越(yue)小(xiao)，景深越(yue)大。焦距(ju)越(yue)小(xiao)，畸(ji)變越(yue)大。

焦距越(yue)小，漸暈現象越(yue)嚴重(zhong)，使像差(cha)邊(bian)緣的(de)照(zhao)度(du)降低。

2、光圈大小的影響(xiang)

光圈(quan)越(yue)大(da)(da)，圖像(xiang)亮度越(yue)高。光圈(quan)越(yue)大(da)(da)，景深越(yue)小。

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

光圈越大，漸暈(yun)現象越嚴重，光場照(zhao)度越不均勻(yun)。

3、圖像中心與邊(bian)緣(yuan)的(de)影響

圖像(xiang)中心較邊(bian)緣分辨率高。

圖像(xiang)中心較邊緣光場照度高(gao)。

像(xiang)圖像(xiang)中心較邊(bian)緣(yuan)畸(ji)變小。

4、光波的影響

在相同(tong)的(de)相機及鏡頭(tou)參數條件下，視覺(jue)光(guang)源的(de)光(guang)波(bo)波(bo)長越短，鏡頭(tou)的(de)分辨力越高(gao)(gao)。所以在精密測量的(de)視覺(jue)系統項目中，盡量采用(yong)短波(bo)長的(de)單色光(guang)作(zuo)為照(zhao)明光(guang)源，對提高(gao)(gao)系統穩定(ding)性和圖像(xiang)精度有很大的(de)作(zuo)用(yong)。