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工业镜头光圈f/#如何影响景深
2016.10.11
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介绍

工业镜头光圈f/#如何影响景深的呢?对于这个问题,咱们还得先从工业镜头光圈和景深的基础概念说起。光圈(Aperture)是工业相机镜头中由几片极薄的金属片组成,中间能通过光线。通过改变孔的大小来控制进入工业镜头的光线量。光圈开得越大,通过工业镜头进入的光量也就越多。光圈的值通常用f/#来表示。

而景深就是指被摄景物中能产生较为清晰影像的最近点到最远点的距离。景深越长,那么能清晰呈现的范围就越大。下面由专业机器视觉系统供应商普密斯分享下工业镜头光圈f/#如何影响景深的专业技术知识。


对于图1中所示的每种配置,都有两束光线。黑色虚线代表的光束显示了其从物体移到工业镜头系统时信息的分布情況。随着物体不断远离最佳焦点位置(虚线相交处),物体细节会移动到更广的锥形区域。锥形分布得越宽,该距离处来自工业镜头的信息与其周围的所有其他信息的界限越模糊。工业镜头的f/#可控制锥形扩展的速度,进而控制在给定距离实际上有多少信息或细节模糊成一片。


图中还有一個红色锥形,用角度表示了系统的分辨率。其中,两个锥形的线条相交处可界定整个景深范围。更改工业镜头的f/#会更改景深,f/#越低,黑色虚线扩展得越快,景深越低。

随着细节变小,图1a和1b中的光束一起靠近,加快了这种效果。最后,f/#增加太多会由于达到工业镜头的衍射极限而造成较小的细节变得模糊,因为镜头的极限分辨率与f/#成反比。此限制意味着,虽然增加f/#总会增加景深,但可解析(即使在最佳焦点下)的特征尺寸也会变大。有关衍射极限及其与f/#的关系的更多信息,请参见衍射限制。在此区域内利用短波长的确情有可原,并可通过多种方式挽回分辨率损失。有关更改波长影响系统性能的更多信息,详见波长对性能的影响。

一般来说,当工业镜头在较短工作距离聚焦时,大锥角会导致锥形在最佳焦点两侧很快发散,造成景深有限。对于在较长工作距离下聚焦的物体,光束跃迁率会下降,并且景深会增加。


图2描述了f/2.8(a)和f/8(b)下受检测物体中心的光束。垂直线条表示以2mm为增量从最佳焦点移开并靠近镜头。每条垂直线上都有一个方形,表示单一像素细节。图2a展示了随着光束宽度超过特征尺寸,所需细节的数量快速变为每个光束的有限部分。在图2b中,光束扩展要慢许多,细节大于所显示的所有距离的光束直径,使其成为主要的信息贡献因素,因此更容易区分。


图3显示了与图2相同类型的图解,但前者具有代表景深中多点的锥形,实际上是代表线对的断续信息。图3a中光束的重叠部分显示了信息如何比图3b更快地汇聚在一起。该示例展示了来自两个不同物体细节的信息如何因较低的f/#而模糊成一片。在图3b中,由于工业镜头的f/#较高而未发生这种情况。


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