工业镜头成像质量的影响因素 工业镜头的主要参数对成像质量的影响

一、工业镜头成像质量的影响因素

不同工业镜头的成像质量有着有着千差万别，就算是同一类型的工业镜头也是如此，这主要是由于材质、加工精度和镜片结构的不同等因素造成的，同时也导致不同档次的工业镜头镜头价格从几百元到几万元的巨大差异。

1、材质

在产品的制造过程中，材质的选择往往会直接影响到最终的产品质量，高清工业镜头也是如此。目前，国内最为常见的镜片主要有玻璃镜片、复合材料镜片以及树脂镜片三种，不同材质的镜片适合于不同的应用。例如，在监控应用中，由于树脂和复合材料镜片在高温和暴晒的条件下容易老化、变形，因此，玻璃镜片就是最佳的镜头材质。适合应用的最佳材质可以使镜头在成像过程中发挥最大的作用，而不适宜的材质则会直接降低镜头的品质，从而降低成像质量。

2、工艺

不同的产品制造工艺是不同的，甚至同一产品也会存在不同的制造工艺，而不同的工艺所制造出的产品自然会相应的存在一定的差别。镀膜在色彩还原和处理偏光偏色方面有着很大的作用，而镜头的镀膜工艺却有多种，那么，不同的镀膜工艺就会使镜头在色彩还原及偏光偏色处理方面存在差异。另外，镀膜工艺还直接影响着镜头的透光率，即镜头镜片的透光能力，而透光率的大小又直接影响到了镜头的清晰度高低，尤其影响着高清工业镜头在低照度环境下的成像质量。

3、技术

非球面技术是影响镜头清晰度，尤其是边缘部分清晰度的一个重要因素，非球面镜片可以有效的增加镜头边缘的透光量，有效的修正球面镜片造成的像差模糊现象。目前，常用的非球面制作工艺主要有针对玻璃镜片边缘运用研磨工艺与直接在玻璃球面表面进行镀膜两种方式。对于高清工业镜头来说，非球面技术是保障其高清成像的关键之一。

二、工业镜头的主要参数对成像质量的影响

行业中一般用光学传递函数OTF（OpticalTransferFunction）来综合评价某个镜头成像质量的好与坏，光学传递函数，即光学系统传递的是亮度沿空间分布的信息，当它在传递被拍物图像数据信息时，被传递为各空间频率的正弦波信号，其调制度和位相在成实际像时的变化，均为空间频率的函数。

像差则是影响图像质量的重要因素，常见的像差有：

1、球差：由主轴上某一物点向光学系统发出的单色圆锥形光束，经光学折射后，由同一物点散射的光束经过透镜后，不交在同一位置上，以至在主轴上的理想像平面处，形成一个漫射光斑，即此现象称为球差。

2、慧差：由位于主轴外的某一轴外物点，向光学系统发出的单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，若在理想像平面处不能结成清晰点，而是结成拖着明亮尾巴的慧星形光斑，则此光学系统的成像误差称为慧差。

3、像散：由位于主轴外的某一轴外物点，向光学系统发出的斜射单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，不能结成一个清晰像点，而只能结成一弥散光斑，则此光学系统的成像误差称为像散。

4、场曲：垂直于主轴的平面物体经光学系统所结成的清晰影像，若不在一垂直于主轴的像平面内，而在一以主轴为对称的弯曲表面上，即最佳像面为一曲面，则此光学系统的成像误差称为场曲。

5、色差：由白色物体向光学系统发出一束白光，经光学系统折射后，各色光不能会聚于一点上，而形成一彩色像斑，称为色差。

6、畸变：被拍平面内的主轴外直线，经光学系统成像后变为曲线，则此光学系统的成像误差称为畸变。

在评价工业镜头质量时还会从分辨率、明锐度和景深等实用参数判断：

1、分辨率：又称鉴别率、解像力，指镜头清晰分辨被摄景物纤维细节的能力，制约镜头分辨率的原因是光的衍射现象，即衍射光斑。

2、明锐度：也称对比度，是指图像中最亮和最暗的部分的对比度。

3、景深：调焦物平面前后的能形成相对清晰影像的实物纵深距离，也就是能获得相对清晰影像的景物空间深度范围，称为景深。

4、最大相对孔径与光圈系数：相对孔径，是指该镜头的入射光孔直径（D）与焦距（f）之比，即：相对孔径＝D/f。相对孔径的倒数称为光圈系数。

工业镜头质量的好坏，直接影响到图像质量的效果，最终影响到机器视觉系统的整体性能，镜头主要参数对成像质量的影响：

1、焦距大小的影响

焦距越小，景深越大。焦距越小，畸变越大。

焦距越小，渐晕现象越严重，使像差边缘的照度降低。

2、光圈大小的影响

光圈越大，图像亮度越高。光圈越大，景深越小。

光圈越大，分辨率越高。光圈越大，球差和慧差越严重。

光圈越大，渐晕现象越严重，光场照度越不均匀。

3、图像中心与边缘的影响

图像中心较边缘分辨率高。

图像中心较边缘光场照度高。

像图像中心较边缘畸变小。

4、光波的影响

在相同的相机及镜头参数条件下，视觉光源的光波波长越短，镜头的分辨力越高。所以在精密测量的视觉系统项目中，尽量采用短波长的单色光作为照明光源，对提高系统稳定性和图像精度有很大的作用。