光學(xué)鏡頭基礎(chǔ)知識 2

1、光學(xué)鏡頭基礎(chǔ)知識研發(fā)中心研發(fā)中心綱要光學(xué)基本定律光學(xué)三大定律：折射、反射、直線傳播光學(xué)鏡頭基本EFL、FNO.、BFL、FFL、光闌、FOV、相對照度、MTF等MTF、空間頻率、濾光片認(rèn)識MTF曲線、離焦曲線，理解空間頻率從拍攝效果理解MTFMTF、空間頻率、TV分辨率三者關(guān)系景深景深概念、及如何擴(kuò)大景深光學(xué)基本定律光學(xué)光學(xué)(optics)是是研究研究光（電磁波）光（電磁波）的的行為行為和和性質(zhì)性質(zhì)，以及，以及光和物質(zhì)相互作用光和物質(zhì)相互作用的物理的物理學(xué)科學(xué)科。光在均勻介質(zhì)中沿直線傳播反射角等于入射角。i=i n1sini=n2sinr 鏡頭規(guī)格先一起看看下面這個鏡頭的規(guī)格表先一起看看下面這

2、個鏡頭的規(guī)格表鏡頭規(guī)格加深理解加深理解EFL與與FOV視場角：若Y為sensor的半對角線長度，則視場角2=2*arctan(Y/f),Yf鏡頭規(guī)格加深理解加深理解EFL與與FOV焦距越短，視場角越大，放大倍率越小，監(jiān)控范圍越大，監(jiān)控畫面中的人越小，反之視場角越小，放大倍率越大，監(jiān)控畫面中人越大鏡頭規(guī)格加深理解加深理解FNO.對于定焦鏡頭（光圈直徑）越大，通光量就越大；在一般環(huán)境下由于sensor會自動調(diào)整曝光值，此時就比較不出FNO數(shù)值不同的鏡頭的好壞；但在低照度環(huán)境下，sensor曝光已經(jīng)到極限，因此FNO小的鏡頭會在亮度表現(xiàn)上會有比較佳的表現(xiàn)。來說，焦距一定，F(xiàn)NO越小，DFNO=EFL

3、(焦距)/D(光圈直徑)鏡頭規(guī)格FNO=EFL(焦距)/D(光圈直徑)DEFL鏡頭規(guī)格加深理解加深理解BF、FB、MBMB-機(jī)械后焦，指鏡頭最后的機(jī)械面到像面的距離，對于CS接口鏡頭，此值偏小，有可能造成無法對焦問題。BF-光學(xué)后焦，指鏡頭最后一片鏡片最后一面中心點到像面的距離。一般通過測量BF來間接計算MB和FB值。FB-法蘭后焦，鏡頭法蘭面到像面的距離。鏡頭規(guī)格加深理解加深理解BF、FB、MB以上兩款鏡頭的MB值分別為7.81和6.97，這就要求相機(jī)定位面到sensor的距離不能大于6.97，否則出現(xiàn)無法聚焦清楚的情況。此距離應(yīng)大于FB-MB鏡頭規(guī)格加深理解加深理解ResolutionRe

4、solution-分辨率，對于鏡頭分辨率規(guī)格的標(biāo)注，常用一定空間頻率下的MTF（最大值為1，最小為0）、MTF=0.2時的空間頻率（lp/mm）、可達(dá)到的最大解析度三種表示方法。MTF、景深、FILTER上圖是一條MTF曲線，里面包含的信息有：MTF、空間頻率和像高。MTF可以近似理解為黑白線條的對比度，最大值為1；空間頻率的單位是lp/mm，200lp/mm表示1毫米距離內(nèi)的黑白線對數(shù)；不同顏色的曲線表示不同的像高，T和S分別表示法線和切線方面的MTF。補(bǔ)充說明：像面大小一般分兩種表示方法，一種是像面大小，用直徑表示，一種是像高，用距離表示。比如像面6mm對應(yīng)的像高是3mm；從此副MTF曲線

5、圖可以看出，這款鏡頭的可以匹配1/3”的sensor。MTF、景深、FILTER同一頻率時MTF值不同，給圖像帶來的差異：MTF、景深、FILTERMTF值相同，形狀不同帶來的圖像差異：MTF、景深、FILTER上圖是一條離焦曲線，里面包含的信息有：MTF、焦深、空間頻率和像高。一般鏡頭的焦深范圍標(biāo)準(zhǔn)是：MTF0.3焦深0.02mm，空間頻率為1/4的芯片極限分辨率；芯片的極限分辨率=2倍的pixelsize分之一，單位為lp/mm焦深越大，鏡頭聚焦越容易。MTF、極限分辨率、FILTERFFnF=FnF=Fn/2光信號(被攝物)Sensor接受信號中Sensor輸出信號F：Frequency

6、Fn： Nyquists limit frequency分辨率過高,Sensor不能分辨，產(chǎn)生莫爾條紋臨界點可以分辨鏡頭的分辨率（F）與芯片的極限分辨率（Fn）關(guān)系MTF、極限分辨率、FILTER由上頁可知，當(dāng)FFn時，Sensor輸出的信號就會有雜訊產(chǎn)生，通常雜訊的表現(xiàn)為莫爾條紋。2.8mm定焦鏡頭配6.5的CCD，由于鏡頭的分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于芯片的極限分辨率，所以產(chǎn)生明顯的莫爾條紋百萬像素鏡頭配合2.5的CMOS，鏡頭的分辨率沒有高于芯片的極限分辨率，所以沒有莫爾條紋產(chǎn)生。MTF、極限分辨率、FILTER芯片的極限分辨率計算公式是2倍的pixelsize分之一，再乘以1000。6.5和2.5對

7、應(yīng)的極限分辨率分別是77lp/mm和200lp/mm，說明M12定焦鏡頭的分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于77lp/mm，百萬像素鏡頭的分辨率未大于200lp/mm。MTF、極限分辨率、FILTER如何消除莫爾條紋？低通濾波器（低通濾波器（OLPF）無OLPF的光學(xué)系統(tǒng)有OLPF的光學(xué)系統(tǒng)OLPFNo.1No.2No.3SensorNo.1No.2No.3MTF、極限分辨率、FILTER知道了知道了OLPF，再說一下，再說一下IR-CUT注意區(qū)分兩個頻率注意區(qū)分兩個頻率:電磁波的頻率，在可見光范圍內(nèi)，通常用波長間接電磁波的頻率，在可見光范圍內(nèi)，通常用波長間接表達(dá)表達(dá),單位為單位為nm；空間頻率，和分辨率有關(guān)，單

8、位是空間頻率，和分辨率有關(guān)，單位是lp/mm對于紅外波段（對于紅外波段（650nm）以上，不能被人眼識別，）以上，不能被人眼識別，但芯片可以感應(yīng)，這樣拍攝出來的畫面就會泛紅，但芯片可以感應(yīng)，這樣拍攝出來的畫面就會泛紅，與人眼觀測到的景物在顏色上存在嚴(yán)重差異，所以與人眼觀測到的景物在顏色上存在嚴(yán)重差異，所以需要增加需要增加IR-CUT，濾掉紅外波段的光線。，濾掉紅外波段的光線。景深景深景深與對焦距離的關(guān)系前景深 L1= FL2/ （f2 + FL）后景深 L2= FL2/ （f2 - FL）景深 L =2f2FL2/（ f4 - F22L2）容許彌散圓直徑f鏡頭焦距F鏡頭的拍攝光圈值L對焦距離L

9、1前景深L2后景深L景深從公式可以看出，后景深 前景深。由景深計算公式可以看出，景深與鏡頭使用光圈、鏡頭焦距、拍攝距離以及對像質(zhì)的要求(表現(xiàn)為對容許彌散圓的大小)有關(guān)。超焦深的計算：f2 FL0時，后景深為無窮遠(yuǎn)。在聚焦時，最好能將焦點聚在能產(chǎn)生超焦深的焦點處，從前焦深處開始聚焦，這樣，畫面處所有的畫面都能清晰聚焦。景深景深與光圈的關(guān)系景深景深與光圈的關(guān)系F2.8F8F22景深景深與對焦距離的關(guān)系對焦物距1對焦物距2超焦距景深影響景深大小的因素：光圈焦距對焦距離這是從公式中得到的。除了以上三個光學(xué)參數(shù)外，鏡頭自身的分辨率及CCD的傾斜都會對景深造成很大的影響。景深像面傾斜0.5后（按1/3CCD則傾斜約0.05mm）：設(shè)計曲線景深CCD感光面相對于鏡頭成像面傾斜的誤差來源：CCD定位誤差CCD貼片傾斜導(dǎo)熱鋁塊平行度主板定位誤差主板平行度相機(jī)前蓋與主板的定位面平行度螺釘擰入的松緊程度造成主板的傾斜鏡頭定位誤差相機(jī)接口螺紋同軸度鏡頭接口螺紋同軸度以上8項誤差累計，造成CCD相對于鏡頭像面傾斜幾度呢？（對于1/3”CCD單邊翹起0.05mm，即為5）景深MTF曲線的形狀，再加上圖像處理，可以得到較寬的景深。這種技