一、工業鏡頭成像質量的影響因素

不同工業鏡頭的(de)成(cheng)像質量有著有著千(qian)差萬別，就算(suan)是同(tong)一類型的(de)工(gong)業(ye)鏡(jing)(jing)頭(tou)也是如(ru)此，這(zhe)主要是由于材質、加工(gong)精度和鏡(jing)(jing)片結構的(de)不同(tong)等(deng)因素造(zao)成(cheng)的(de)，同(tong)時也導致(zhi)不同(tong)檔次的(de)工(gong)業(ye)鏡(jing)(jing)頭(tou)鏡(jing)(jing)頭(tou)價(jia)格從幾百元(yuan)(yuan)到幾萬元(yuan)(yuan)的(de)巨大差異。

1、材質

在產品的(de)(de)(de)制造過(guo)程(cheng)中(zhong)，材(cai)(cai)(cai)質(zhi)的(de)(de)(de)選擇往往會直接(jie)(jie)影響(xiang)到最終(zhong)的(de)(de)(de)產品質(zhi)量(liang)，高清工(gong)業鏡頭(tou)也是如此。目前(qian)，國(guo)內最為常(chang)見的(de)(de)(de)鏡片(pian)主(zhu)要有玻(bo)璃(li)鏡片(pian)、復合(he)(he)(he)材(cai)(cai)(cai)料(liao)鏡片(pian)以(yi)(yi)及(ji)樹脂(zhi)鏡片(pian)三(san)種，不(bu)同材(cai)(cai)(cai)質(zhi)的(de)(de)(de)鏡片(pian)適(shi)合(he)(he)(he)于不(bu)同的(de)(de)(de)應用。例如，在監控應用中(zhong)，由于樹脂(zhi)和復合(he)(he)(he)材(cai)(cai)(cai)料(liao)鏡片(pian)在高溫和暴(bao)曬的(de)(de)(de)條(tiao)件下容(rong)易老化、變形，因此，玻(bo)璃(li)鏡片(pian)就是最佳的(de)(de)(de)鏡頭(tou)材(cai)(cai)(cai)質(zhi)。適(shi)合(he)(he)(he)應用的(de)(de)(de)最佳材(cai)(cai)(cai)質(zhi)可以(yi)(yi)使鏡頭(tou)在成像過(guo)程(cheng)中(zhong)發(fa)揮最大的(de)(de)(de)作用，而不(bu)適(shi)宜的(de)(de)(de)材(cai)(cai)(cai)質(zhi)則會直接(jie)(jie)降低鏡頭(tou)的(de)(de)(de)品質(zhi)，從(cong)而降低成像質(zhi)量(liang)。

2、工藝

不同的(de)(de)(de)產(chan)品(pin)制(zhi)造工(gong)藝是不同的(de)(de)(de)，甚至同一(yi)產(chan)品(pin)也會(hui)存(cun)在不同的(de)(de)(de)制(zhi)造工(gong)藝，而不同的(de)(de)(de)工(gong)藝所制(zhi)造出的(de)(de)(de)產(chan)品(pin)自然(ran)會(hui)相應的(de)(de)(de)存(cun)在一(yi)定的(de)(de)(de)差別。鍍(du)(du)(du)膜(mo)(mo)在色(se)(se)彩(cai)還(huan)原和處(chu)理偏光(guang)偏色(se)(se)方面有(you)著(zhu)(zhu)很大的(de)(de)(de)作用，而鏡(jing)頭(tou)(tou)(tou)的(de)(de)(de)鍍(du)(du)(du)膜(mo)(mo)工(gong)藝卻有(you)多種(zhong)，那么，不同的(de)(de)(de)鍍(du)(du)(du)膜(mo)(mo)工(gong)藝就會(hui)使(shi)鏡(jing)頭(tou)(tou)(tou)在色(se)(se)彩(cai)還(huan)原及偏光(guang)偏色(se)(se)處(chu)理方面存(cun)在差異(yi)。另外，鍍(du)(du)(du)膜(mo)(mo)工(gong)藝還(huan)直(zhi)接(jie)影響(xiang)著(zhu)(zhu)鏡(jing)頭(tou)(tou)(tou)的(de)(de)(de)透光(guang)率，即鏡(jing)頭(tou)(tou)(tou)鏡(jing)片的(de)(de)(de)透光(guang)能力，而透光(guang)率的(de)(de)(de)大小又直(zhi)接(jie)影響(xiang)到了鏡(jing)頭(tou)(tou)(tou)的(de)(de)(de)清晰度高低，尤其影響(xiang)著(zhu)(zhu)高清工(gong)業鏡(jing)頭(tou)(tou)(tou)在低照度環境下的(de)(de)(de)成像質量。

3、技術

非(fei)球(qiu)面(mian)技術(shu)(shu)是(shi)(shi)影(ying)響鏡頭清(qing)(qing)晰(xi)(xi)度，尤其是(shi)(shi)邊緣部分清(qing)(qing)晰(xi)(xi)度的(de)(de)(de)(de)一個重要(yao)因素，非(fei)球(qiu)面(mian)鏡片可以有(you)效的(de)(de)(de)(de)增加鏡頭邊緣的(de)(de)(de)(de)透光量，有(you)效的(de)(de)(de)(de)修正球(qiu)面(mian)鏡片造成的(de)(de)(de)(de)像差模糊現象。目前，常用的(de)(de)(de)(de)非(fei)球(qiu)面(mian)制作(zuo)工(gong)藝(yi)主(zhu)要(yao)有(you)針對(dui)玻璃(li)鏡片邊緣運用研磨工(gong)藝(yi)與直(zhi)接在玻璃(li)球(qiu)面(mian)表(biao)面(mian)進行鍍膜(mo)兩(liang)種方式。對(dui)于高清(qing)(qing)工(gong)業鏡頭來說，非(fei)球(qiu)面(mian)技術(shu)(shu)是(shi)(shi)保障其高清(qing)(qing)成像的(de)(de)(de)(de)關(guan)鍵之一。

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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)光學(xue)傳(chuan)遞(di)(di)(di)函(han)數(shu)OTF（OpticalTransferFunction）來綜合評價某個鏡頭成(cheng)像質(zhi)量(liang)的(de)(de)(de)好(hao)與(yu)壞(huai)，光學(xue)傳(chuan)遞(di)(di)(di)函(han)數(shu)，即光學(xue)系統傳(chuan)遞(di)(di)(di)的(de)(de)(de)是亮度沿空間(jian)分布(bu)的(de)(de)(de)信(xin)息，當它在傳(chuan)遞(di)(di)(di)被(bei)拍物圖(tu)像數(shu)據信(xin)息時(shi)，被(bei)傳(chuan)遞(di)(di)(di)為(wei)各空間(jian)頻率的(de)(de)(de)正弦波(bo)信(xin)號(hao)，其調制度和位(wei)相在成(cheng)實際像時(shi)的(de)(de)(de)變化，均為(wei)空間(jian)頻率的(de)(de)(de)函(han)數(shu)。

像(xiang)差則是(shi)影響圖像(xiang)質(zhi)量的重(zhong)要因素(su)，常見的像(xiang)差有：

1、球差(cha)：由主軸上某一物點向光(guang)學系統(tong)發出的單色圓錐形光(guang)束(shu)，經光(guang)學折(zhe)射(she)(she)后(hou)，由同(tong)一物點散射(she)(she)的光(guang)束(shu)經過透鏡(jing)后(hou)，不(bu)交(jiao)在同(tong)一位(wei)置上，以(yi)至在主軸上的理想(xiang)像平面處，形成一個漫射(she)(she)光(guang)斑(ban)，即此現象稱為球差(cha)。

2、慧(hui)差(cha)：由位于主軸(zhou)(zhou)外的某(mou)一軸(zhou)(zhou)外物點(dian)，向光學系(xi)(xi)統發出的單色圓錐形(xing)光束，經該(gai)光學系(xi)(xi)列(lie)折射后，若在理想像(xiang)平面處不能結成清晰點(dian)，而(er)是結成拖著明亮(liang)尾巴(ba)的慧(hui)星形(xing)光斑，則(ze)此光學系(xi)(xi)統的成像(xiang)誤差(cha)稱(cheng)為慧(hui)差(cha)。

3、像散：由位于主軸(zhou)外(wai)的某一軸(zhou)外(wai)物點(dian)，向光學系(xi)(xi)統發(fa)出的斜射(she)單色圓錐形光束，經該光學系(xi)(xi)列折(zhe)射(she)后，不能結成一個清晰像點(dian)，而(er)只能結成一彌散光斑(ban)，則此光學系(xi)(xi)統的成像誤差(cha)稱為(wei)像散。

4、場曲(qu)：垂(chui)直于(yu)主軸的(de)平面(mian)物體經光學系統所結成的(de)清晰影像，若不在(zai)一(yi)垂(chui)直于(yu)主軸的(de)像平面(mian)內，而在(zai)一(yi)以主軸為對稱(cheng)的(de)彎(wan)曲(qu)表面(mian)上，即最(zui)佳像面(mian)為一(yi)曲(qu)面(mian)，則(ze)此光學系統的(de)成像誤差稱(cheng)為場曲(qu)。

5、色(se)差(cha)：由白色(se)物體向(xiang)光(guang)(guang)學系(xi)統發出(chu)一束白光(guang)(guang)，經光(guang)(guang)學系(xi)統折射后(hou)，各色(se)光(guang)(guang)不能(neng)會聚(ju)于一點(dian)上，而形成一彩色(se)像斑，稱(cheng)為(wei)色(se)差(cha)。

6、畸變：被拍平面內的(de)主軸(zhou)外直線(xian)，經光學(xue)系(xi)統成(cheng)像后變為曲線(xian)，則(ze)此光學(xue)系(xi)統的(de)成(cheng)像誤差稱(cheng)為畸變。

在評價工業鏡頭質量時還會從分(fen)辨率、明銳(rui)度和景深等實用參數(shu)判斷：

1、分(fen)辨率：又稱鑒別(bie)率、解像力，指鏡頭清晰分(fen)辨被(bei)攝景物纖維(wei)細節(jie)的(de)(de)能力，制約鏡頭分(fen)辨率的(de)(de)原因是(shi)光(guang)的(de)(de)衍(yan)射(she)現象，即衍(yan)射(she)光(guang)斑。

2、明(ming)銳(rui)度：也稱對比度，是指(zhi)圖像中最亮和(he)最暗的(de)(de)部分的(de)(de)對比度。

3、景深(shen)：調焦物平面前后的(de)(de)能形成相(xiang)對清晰(xi)影像的(de)(de)實物縱深(shen)距離(li)，也就是能獲(huo)得相(xiang)對清晰(xi)影像的(de)(de)景物空(kong)間深(shen)度(du)范圍，稱為景深(shen)。

4、最大相對(dui)孔(kong)徑與光(guang)圈(quan)系(xi)數：相對(dui)孔(kong)徑，是(shi)指該鏡頭的(de)入射光(guang)孔(kong)直徑（D）與焦距（f）之比，即(ji)：相對(dui)孔(kong)徑＝D/f。相對(dui)孔(kong)徑的(de)倒(dao)數稱為光(guang)圈(quan)系(xi)數。

工業鏡頭質(zhi)量(liang)的(de)(de)好壞，直(zhi)接影響(xiang)到(dao)圖像(xiang)(xiang)質(zhi)量(liang)的(de)(de)效(xiao)果，最終影響(xiang)到(dao)機器視覺系統的(de)(de)整體性(xing)能(neng)，鏡頭主要(yao)參數對成像(xiang)(xiang)質(zhi)量(liang)的(de)(de)影響(xiang)：

1、焦(jiao)距大小(xiao)的影響(xiang)

焦距(ju)(ju)越(yue)小，景深(shen)越(yue)大。焦距(ju)(ju)越(yue)小，畸變(bian)越(yue)大。

焦距越(yue)小，漸暈(yun)現象越(yue)嚴重，使像差邊緣的(de)照度降低。

2、光圈大小的影響(xiang)

光(guang)圈越大(da)，圖像亮度越高。光(guang)圈越大(da)，景深越小。

光圈(quan)越大(da)，分辨(bian)率越高。光圈(quan)越大(da)，球差(cha)和慧差(cha)越嚴重。

光(guang)圈越(yue)大(da)，漸暈現象越(yue)嚴重，光(guang)場照度越(yue)不均勻。

3、圖像中心與邊緣的影響(xiang)

圖像中心(xin)較邊緣分(fen)辨(bian)率高。

圖(tu)像中(zhong)心較邊緣光(guang)場照度高。

像圖像中心較(jiao)邊緣畸變小(xiao)。

4、光波的影響

在(zai)(zai)相同的(de)相機及(ji)鏡頭參數(shu)條件下，視(shi)覺光源(yuan)的(de)光波(bo)波(bo)長越短，鏡頭的(de)分辨力越高。所以(yi)在(zai)(zai)精密測量的(de)視(shi)覺系統項目中(zhong)，盡量采(cai)用(yong)短波(bo)長的(de)單色光作為照明光源(yuan)，對提(ti)高系統穩定性和圖(tu)像精度有很大的(de)作用(yong)。