鏡頭的主要參數(shù)及對成像質(zhì)量的影響

鏡頭分不同類型，但即使對于同一類型的鏡頭，其成像質(zhì)量也有著很大的差異，這主要是由于材質(zhì)、加工精度和鏡片結(jié)構(gòu)的不同等因素造成的，同時也導致不同檔次的鏡頭價格從幾百元到幾萬元的巨大差異。比較有名的如四片三組式天塞鏡頭、六片四組式雙高斯鏡頭。對于鏡頭設(shè)計及生產(chǎn)廠家，一般用光學傳遞函數(shù)OTF（Optical Transfer Function）來綜合評價鏡頭成像質(zhì)量，光學系統(tǒng)傳遞的是亮度沿空間分布的信息，光學系統(tǒng)在傳遞被攝景物信息時，被傳遞之各空間頻率的正弦波信號，其調(diào)制度和位相在成實際像時的變化，均為空間頻率的函數(shù)，此函數(shù)稱為光學傳遞函數(shù)。OTF一般由調(diào)制傳遞函數(shù)MTF（Modulation Transfer Function）與位相傳遞函數(shù)PTF（Phase Transfer Function ）兩部分組成。 　　像差是影響圖像質(zhì)量的重要方面，常見的像差有如下六種： 球差：由主軸上某一物點向光學系統(tǒng)發(fā)出的單色圓錐形光束，經(jīng)該光學系列折射后，若原光束不同孔徑角的各光線，不能交于主軸上的同一位置，以至在主軸上的理想像平面處，形成一彌散光斑（俗稱模糊圈），則此光學系統(tǒng)的成像誤差稱為球差。 　　　　　 慧差：由位于主軸外的某一軸外物點，向光學系統(tǒng)發(fā)出的單色圓錐形光束，經(jīng)該光學系列折射后，若在理想像平面處不能結(jié)成清晰點，而是結(jié)成拖著明亮尾巴的慧星形光斑，則此光學系統(tǒng)的成像誤差稱為慧差。 　　　　　　 像散：由位于主軸外的某一軸外物點，向光學系統(tǒng)發(fā)出的斜射單色圓錐形光束，經(jīng)該光學系列折射后，不能結(jié)成一個清晰像點，而只能結(jié)成一彌散光斑，則此光學系統(tǒng)的成像誤差稱為像散。 　　　　　　 場曲：垂直于主軸的平面物體經(jīng)光學系統(tǒng)所結(jié)成的清晰影像，若不在一垂直于主軸的像平面內(nèi)，而在一以主軸為對稱的彎曲表面上，即*佳像面為一曲面，則此光學系統(tǒng)的成像誤差稱為場曲。當調(diào)焦至畫面中央處的影像清晰時，畫面四周的影像模糊；而當調(diào)焦至畫面四周處的影像清晰時，畫面中央處的影像又開始模糊。 　　　　　　 色差：由白色物體向光學系統(tǒng)發(fā)出一束白光，經(jīng)光學系統(tǒng)折射后，各色光不能會聚于一點上，而形成一彩色像斑，稱為色差。色差產(chǎn)生的原因是同一光學玻璃對不同波長的光線的折射率不同，短波光折射率大，長波光折射率小。 　　　　　　 畸變：被攝物平面內(nèi)的主軸外直線，經(jīng)光學系統(tǒng)成像后變?yōu)榍€，則此光學系統(tǒng)的成像誤差稱為畸變?；兿癫钪挥绊懹跋竦膸缀涡螤睿挥绊懹跋竦那逦?。這是畸變與球差、慧差、像散、場曲之間的根本區(qū)別。 　　　 　　我們在評價鏡頭質(zhì)量時一般還會從分辨率、明銳度和景深等幾個實用參數(shù)判斷： 1. 分辨率（Resolution）：又稱鑒別率、解像力，指鏡頭清晰分辨被攝景物纖維細節(jié)的能力，制約鏡頭分辨率的原因是光的衍射現(xiàn)象，即衍射光斑（愛里斑）。分辨率的單位是“線對/毫米“ （lp/mm）。 2. 明銳度（Acutance）：也稱對比度，是指圖像中*亮和*暗的部分的對比度。 3. 景深（DOF)：在景物空間中，位于調(diào)焦物平面前后一定距離內(nèi)的景物，還能夠結(jié)成相對清晰的影像。上述位于調(diào)焦物平面前后的能結(jié)成相對清晰影像的景物間之縱深距離，也就是能在實際像平面上獲得相對清晰影像的景物空間深度范圍，稱為景深。 　　　　 4. *大相對孔徑與光圈系數(shù)：相對孔徑，是指該鏡頭的入射光孔直徑（用D表示）與焦距（用f表示）之比，即：相對孔徑＝D/ f 。相對孔徑的倒數(shù)稱為光圈系數(shù)（aperture scale），又稱為f/制光圈系數(shù)或光孔號碼。一般鏡頭的相對孔徑是可以調(diào)節(jié)的，其*大相對孔徑或光圈系數(shù)往往標示在鏡頭上，如1:1.2或f/1.2 。如果拍攝現(xiàn)場的光線較暗或曝光時間很短，則需要盡量選擇*大相對孔徑較大的鏡頭。

鏡頭各參數(shù)間的相互影響關(guān)系

一個好的鏡頭，在分辨率、明銳度、景深等方面都有很好的體現(xiàn)，對各種像差的校正也比較好，但同時其價格也會幾倍甚至上百倍的提高。如果我們掌握一些規(guī)律和經(jīng)驗，就可以使用同檔次的鏡頭達到更好的效果。 　　1. 焦距大小的影響情況 焦距越小，景深越大； 焦距越小，畸變越大； 焦距越小，漸暈現(xiàn)象越嚴重，使像差邊緣的照度降低； 　　2. 光圈大小的影響情況 光圈越大，圖像亮度越高； 光圈越大，景深越??； 光圈越大，分辨率越高； 　　3. 像場中央與邊緣 一般像場中心較邊緣分辨率高 一般像場中心較邊緣光場照度高 　　4. 光波長度的影響 　　在相同的攝像機及鏡頭參數(shù)條件下，照明光源的光波波長越短，得到的圖像的分辨力越高。所以在需要精密尺寸及位置測量的視覺系統(tǒng)中，盡量采用短波長的單色光作為照明光源，對提高系統(tǒng)精度有很大的作用。