光学镜头基础知识

光学镜头基础知识第一页，共二十六页，2022年，8月28日光学基本定律光学(optics)是研究光（电磁波）的行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科。光在均匀介质中沿直线传播反射角等于入射角。i

=

i’n1

sin

i

=

n2

sin

r第二页，共二十六页，2022年，8月28日镜头规格先一起看看下面这个镜头的规格表第三页，共二十六页，2022年，8月28日镜头规格加深理解——EFL与FOV视场角：若Y’为sensor的半对角线长度，则视场角2θ=2*arctan(Y’/f),Y’f第四页，共二十六页，2022年，8月28日镜头规格加深理解——EFL与FOV焦距越短，视场角越大，放大倍率越小，监控范围越大，监控画面中的人越小，反之视场角越小，放大倍率越大，监控画面中人越大第五页，共二十六页，2022年，8月28日镜头规格加深理解——FNO.对于定焦镜头（光圈直径）越大，通光量就越大；在一般环境下由于sensor会自动调整曝光值，此时就比较不出FNO数值不同的镜头的好坏；但在低照度环境下，sensor曝光已经到极限，因此FNO小的镜头会在亮度表现上会有比较佳的表现。来说，焦距一定，FNO越小，DFNO=EFL(焦距)/D(光圈直径)第六页，共二十六页，2022年，8月28日镜头规格FNO=EFL(焦距)/D(光圈直径)DEFL第七页，共二十六页，2022年，8月28日镜头规格加深理解——BF、FB、MBMB---机械后焦，指镜头最后的机械面到像面的距离，对于CS接口镜头，此值偏小，有可能造成无法对焦问题。BF---光学后焦，指镜头最后一片镜片最后一面中心点到像面的距离。一般通过测量BF来间接计算MB和FB值。FB---法兰后焦，镜头法兰面到像面的距离。第八页，共二十六页，2022年，8月28日镜头规格加深理解——BF、FB、MB以上两款镜头的MB值分别为7.81和6.97，这就要求相机定位面到sensor的距离不能大于6.97，否则出现无法聚焦清楚的情况。此距离应大于FB-MB第九页，共二十六页，2022年，8月28日镜头规格加深理解——ResolutionResolution---分辨率，对于镜头分辨率规格的标注，常用①一定空间频率下的MTF（最大值为1，最小为0）、②MTF=0.2时的空间频率（lp/mm）、③可达到的最大解析度三种表示方法。第十页，共二十六页，2022年，8月28日MTF、景深、FILTER上图是一条MTF曲线，里面包含的信息有：MTF、空间频率和像高。MTF可以近似理解为黑白线条的对比度，最大值为1；空间频率的单位是lp/mm，200lp/mm表示1毫米距离内的黑白线对数；

不同颜色的曲线表示不同的像高，T和S分别表示法线和切线方面的MTF。补充说明：像面大小一般分两种表示方法，一种是像面大小，用直径表示，一种是像高，用距离表示。比如像面Φ6mm对应的像高是3mm；从此副MTF曲线图可以看出，这款镜头的可以匹配1/3”的sensor。第十一页，共二十六页，2022年，8月28日MTF、景深、FILTER同一频率时MTF值不同，给图像带来的差异：第十二页，共二十六页，2022年，8月28日MTF、景深、FILTERMTF值相同，形状不同带来的图像差异：第十三页，共二十六页，2022年，8月28日MTF、景深、FILTER上图是一条离焦曲线，里面包含的信息有：MTF、焦深、空间频率和像高。一般镜头的焦深范围标准是：MTF>0.3焦深≥0.02mm，空间频率为1/4的芯片极限分辨率；芯片的极限分辨率=2倍的pixelsize分之一，单位为lp/mm焦深越大，镜头聚焦越容易。第十四页，共二十六页，2022年，8月28日MTF、极限分辨率、FILTERF>FnF=FnF=Fn/2光信号(被摄物)Sensor接受信号中Sensor输出信号F：FrequencyFn：Nyquist’slimitfrequency分辨率过高,Sensor不能分辨，产生莫尔条纹临界点可以分辨镜头的分辨率（F）与芯片的极限分辨率（Fn）关系第十五页，共二十六页，2022年，8月28日MTF、极限分辨率、FILTER由上页可知，当F>Fn时，Sensor输出的信号就会有杂讯产生，通常杂讯的表现为莫尔条纹。2.8mm定焦镜头配6.5μ的CCD，由于镜头的分辨率远远高于芯片的极限分辨率，所以产生明显的莫尔条纹百万像素镜头配合2.5μ的CMOS，镜头的分辨率没有高于芯片的极限分辨率，所以没有莫尔条纹产生。第十六页，共二十六页，2022年，8月28日MTF、极限分辨率、FILTER芯片的极限分辨率计算公式是2倍的pixelsize分之一，再乘以1000。6.5μ和2.5μ对应的极限分辨率分别是77lp/mm和200lp/mm，说明M12定焦镜头的分辨率远远高于77lp/mm，百万像素镜头的分辨率未大于200lp/mm。第十七页，共二十六页，2022年，8月28日MTF、极限分辨率、FILTER如何消除莫尔条纹？低通滤波器（OLPF）无OLPF的光学系统有OLPF的光学系统OLPFNo.1No.2No.3SensorNo.1No.2No.3第十八页，共二十六页，2022年，8月28日MTF、极限分辨率、FILTER知道了OLPF，再说一下IR-CUT注意区分两个频率:电磁波的频率，在可见光范围内，通常用波长间接表达,单位为nm；空间频率，和分辨率有关，单位是lp/mm对于红外波段（650nm）以上，不能被人眼识别，但芯片可以感应，这样拍摄出来的画面就会泛红，与人眼观测到的景物在颜色上存在严重差异，所以需要增加IR-CUT，滤掉红外波段的光线。第十九页，共二十六页，2022年，8月28日景深第二十页，共二十六页，2022年，8月28日景深景深与对焦距离的关系前景深

ΔL1=FδL2/（f2+FδL）

后景深

ΔL2=FδL2/（f2-FδL）

景深

ΔL=2f2FδL2/（

f4

-F2δ2L2）δ——容许弥散圆直径

f——镜头焦距

F——镜头的拍摄光圈值

L——对焦距离

ΔL1——前景深

ΔL2——后景深

ΔL——景深从公式可以看出，后景深>前景深。

由景深计算公式可以看出，景深与镜头使用光圈、镜头焦距、拍摄距离以及对像质的要求(表现为对容许弥散圆的大小)有关。超焦深的计算：f2

–FδL＝0时，后景深为无穷远。在聚焦时，最好能将焦点聚在能产生超焦深的焦点处，从前焦深处开始聚焦，这样，画面处所有的画面都能清晰聚焦。第二十一页，共二十六页，2022年，8月28日景深景深与光圈的关系第二十二页，共二十六页，2022年，8月28日景深景深与光圈的关系F2.8F8F22第二十三页，共二十六页，2022年，8月28日景深景深与对焦距离的关系对焦物距1对焦物距2超焦距第二十四页，共二十六页，2022年，8月28日