光學(xué)鏡頭基礎(chǔ)知識

光學(xué)鏡頭基礎(chǔ)知識第一頁，共二十六頁，2022年，8月28日光學(xué)基本定律光學(xué)(optics)是研究光（電磁波）的行為和性質(zhì)，以及光和物質(zhì)相互作用的物理學(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’n1

sin

i

=

n2

sin

r第二頁，共二十六頁，2022年，8月28日鏡頭規(guī)格先一起看看下面這個(gè)鏡頭的規(guī)格表第三頁，共二十六頁，2022年，8月28日鏡頭規(guī)格加深理解——EFL與FOV視場角：若Y’為sensor的半對角線長度，則視場角2θ=2*arctan(Y’/f),Y’f第四頁，共二十六頁，2022年，8月28日鏡頭規(guī)格加深理解——EFL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)控畫面中人越大第五頁，共二十六頁，2022年，8月28日鏡頭規(guī)格加深理解——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(dòng)調(diào)整曝光值，此時(shí)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(焦距)/D(光圈直徑)第六頁，共二十六頁，2022年，8月28日鏡頭規(guī)格FNO=EFL(焦距)/D(光圈直徑)DEFL第七頁，共二十六頁，2022年，8月28日鏡頭規(guī)格加深理解——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(diǎn)到像面的距離。一般通過測量BF來間接計(jì)算MB和FB值。FB---法蘭后焦，鏡頭法蘭面到像面的距離。第八頁，共二十六頁，2022年，8月28日鏡頭規(guī)格加深理解——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第九頁，共二十六頁，2022年，8月28日鏡頭規(guī)格加深理解——ResolutionResolution---分辨率，對于鏡頭分辨率規(guī)格的標(biāo)注，常用①一定空間頻率下的MTF（最大值為1，最小為0）、②MTF=0.2時(shí)的空間頻率（lp/mm）、③可達(dá)到的最大解析度三種表示方法。第十頁，共二十六頁，2022年，8月28日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Φ6mm對應(yīng)的像高是3mm；從此副MTF曲線圖可以看出，這款鏡頭的可以匹配1/3”的sensor。第十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日MTF、景深、FILTER同一頻率時(shí)MTF值不同，給圖像帶來的差異：第十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日MTF、景深、FILTERMTF值相同，形狀不同帶來的圖像差異：第十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日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：MTF>0.3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。第十四頁，共二十六頁，2022年，8月28日MTF、極限分辨率、FILTERF>FnF=FnF=Fn/2光信號(被攝物)Sensor接受信號中Sensor輸出信號F：FrequencyFn：Nyquist’slimitfrequency分辨率過高,Sensor不能分辨，產(chǎn)生莫爾條紋臨界點(diǎn)可以分辨鏡頭的分辨率（F）與芯片的極限分辨率（Fn）關(guān)系第十五頁，共二十六頁，2022年，8月28日MTF、極限分辨率、FILTER由上頁可知，當(dāng)F>Fn時(shí)，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6.5μ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2.5μ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。第十六頁，共二十六頁，2022年，8月28日MTF、極限分辨率、FILTER芯片的極限分辨率計(jì)算公式是2倍的pixelsize分之一，再乘以1000。6.5μ和2.5μ對應(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。第十七頁，共二十六頁，2022年，8月28日MTF、極限分辨率、FILTER如何消除莫爾條紋？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.3第十八頁，共二十六頁，2022年，8月28日MTF、極限分辨率、FILTER知道了OLPF，再說一下IR-CUT注意區(qū)分兩個(gè)頻率:電磁波的頻率，在可見光范圍內(nèi)，通常用波長間接表達(dá),單位為nm；空間頻率，和分辨率有關(guān)，單位是lp/mm對于紅外波段（650nm）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，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IR-CUT，濾掉紅外波段的光線。第十九頁，共二十六頁，2022年，8月28日景深第二十頁，共二十六頁，2022年，8月28日景深景深與對焦距離的關(guān)系前景深

ΔL1=FδL2/（f2+FδL）

后景深

ΔL2=FδL2/（f2-FδL）

景深

ΔL=2f2FδL2/（

f4

-F2δ2L2）δ——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

ΔL1——前景深

ΔL2——后景深

ΔL——景深從公式可以看出，后景深>前景深。

由景深計(jì)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(jì)算：f2

–FδL＝0時(shí)，后景深為無窮遠(yuǎn)。在聚焦時(shí)，最好能將焦點(diǎn)聚在能產(chǎn)生超焦深的焦點(diǎn)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。第二十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日景深景深與光圈的關(guān)系第二十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日景深景深與光圈的關(guān)系F2.8F8F22第二十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日景深景深與對焦距離的關(guān)系對焦物距1對焦物距2超焦距第二十四頁，共二十六頁，2022年，8月28日