实用!三分钟彻底搞懂镜头景深!

新机器视觉

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2024-07-11 20:56

我们在视觉应用取图时经常会遇到一种情况,被摄物不在一个平面内,这时就涉及到了景深的概念。下面讨论下镜头景深的定义景深关的参数和关于景深的误区。


景深的定义和计算



景深是指能清晰成像的最远平面和最近平面的距离。也就是说,在景深范围内,不同工作距离的物体都可以“清晰”的成像。



         以上景深的定义是有问题的, 因为没有明确定义怎样算“能清晰成像”。光学的物像共轭关系告诉我们最清晰的物面只能有一个。离开了最清晰的物面,图像肯定是越来越模糊的。所以在使用景深概念时,最关键的就是怎样定义“清晰”。

       镜头的景深很难像其他参数一样标明在产品规格书中。这是因为镜头的景深和公式中的四个变量有关。对一支镜头来说,不同工作距和不同光圈时对应的景深不一样。

      每个镜头生产厂商给出“能清晰成像”的定义不同。

    要使用以上的景深公式前,要首先定义弥散圆直径。由于计算复杂,此公式并不实用。



决定景深的参数

          * 焦距越长,景深越小。

          * F 数越小(光圈越大),景深越小。

          * 工作距离越短(使用倍率越高),景深越小。

对景深的影响,工作距离>光圈>焦距

如果要获得大景深,要使用工作距离长的镜头,F 数要小,焦距要短。如果是远心镜头,则选用倍率小的镜头。使用大尺寸芯片和配套镜头取图也可以提高图像的景深。

景深不是镜头的设计规格,而是设计后的结果,镜头设计师无法把景深作为一个目标参数去优化


景深测试

      在测试不同厂商镜头的景深时,一定要保证焦距、数和工作距离在同等条件下。

        如图所示,可以使用此方法来测试镜头的景深。

        如果在同等测试条件下发现一个镜头比另一个景深好,那么要从工作距、光圈和焦距中找出原因,查看是否光圈有虚标。如果确认三个参数都相同,那么极有可能景深好的镜头本身成像品质就要好,是分辨率本身的差异,而非景深的差异。

光圈调最小以提高景深?

      由于光圈缩小到镜头最佳光圈以下时,镜头衍射效应会随光圈关小变得越来越显著,图像质量会随光圈小越来越差。在需要大景深的应用中,切记要平衡图像质量与景深两个指标。一味追求景深,500 万分辨率的镜头只能提供 100 万的分辨率,在硬件上的花费就浪费了。


远心镜头的景深更大?


      经过我们的实测验证,同等放大倍率和同等光圈下,远心镜头的景深并没有比FA镜头更好。

      但是在这同样的景深范围中,远心镜头靠远心光路,可以实现比FA镜头更高的测量精度。

      这是因为使用远心镜头时,即使物体离开最佳工作距离后图像变的模糊,模糊的灰度过渡也是均匀的,灰度曲线黑到白过渡的中心位置不会移动。虽然图像模糊了,识别出来的边缘位置不会动,不会很大的影响测量精度。

        这就是我常说远心镜头景深更大的原因。其实不是景深更大,而是测的更准。


来源:小萤成像

 End 


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