相机镜头光学基础知识：工业中红光和蓝光使用区别

1、变焦和对焦有什么区别？

变焦就是改变镜头的焦距（准确说是像距），以改变拍摄的视角，也就是通常所说的把被摄体拉近或推远。焦距越长，视角越窄。

对焦通常指调整镜片组和芯片（传感器平面）之间的距离，使被拍摄的物体清晰可见。我们通常说的“调焦”一般指“对焦”。

2、为什么镜头在最大光圈时通常成像不佳，或者说“成像比较肉”？

追求成像的锐利应该是所有镜头的追求。镜头的光圈值一般从F1.2 - F32不等。通常成像最锐利的光圈值是F5.6或者F8，为什么呢？这涉及到2个概念，一个是球差、一个是衍射。

衍射：超小光圈时影响锐利度的因素。衍射（diffraction）是指波遇到障碍物时偏离原来直线传播的物理现象。在经典物理学中，波在穿过狭缝、小孔或圆盘之类的障碍物后会发生不同程度的弯散传播。球差：大光圈时影响锐利度的因素。

我们通常看到的透镜成像的简化图中，平行光通过透镜以后汇聚于一点，这点叫做焦点，其实真实的情况并非如此。如下图所示：

光线不能完美汇聚，也就不可能产生锐利的成像。当光圈大（光圈F值小）的时候，透镜接收光的圆面很大，于是光线的汇聚处会非常分散，造成成像不锐利。当光圈缩小的时候，透镜接收光的圆面很小，这时候光线经过透镜以后，汇聚处相对来说更集中一些，这样成像也就更加锐利了。

当然，对于实际的镜头来说，镜头内部的镜片是很复杂的，可能有几片甚至十几片镜片，有些镜片的材质还较为昂贵，它们的主要作用其实就是改善镜头的光学素质，校正各种球差、彗差、色散、畸变等等。

3、工业中，红光和蓝光使用上有什么区别？

解析力方面：蓝光由于波长更短，衍射效应更弱，因此刻画细节的能力更强，拍摄微小的物体，蓝光是首选。而红光，黑白CCD对红光更敏感，在需要尽量减轻环境光干扰的时候，有一点作用。

拍摄成像方面：用红色光给彩色物体打光，然后用黑白相机拍摄，物体红色的部分变成亮白色，物体白色部分变成浅灰色，跟红色差异大的颜色则变成暗黑色，黑色还是黑色。

4、为什么工业领域很少提及ISO这个参数？

一般在工业领域的机器视觉中都知道光圈、快门（曝光时间），工业机器视觉领域有没有ISO这个参数呢？有的，只不过换了个名字，叫做gain（增益），这个参数一般没人调它，一般也不用调。

光圈、快门时间、ISO是取得合适曝光的三驾马车，三者互相合作也互相制约。ISO通常取值为100-3200。

通常ISO越高，相机感应光的能力越强，相应的噪点也越多，画质也越差。对于每一个摄影师来说，绝大多数情况下，他都希望把ISO固定在100，因为这可以获得最纯净的画面，但这几乎是不可能的。因为在暗光环境下，ISO太低，只能强行调大光圈，但是光圈是有限的，因此只能增加快门时间，但是快门时间一长，手持拍摄必然糊片。

但是在工业领域一般不存在这个问题（或者说这个问题是次要问题），一是因为工业相机一般不动，曝光时间很长也不会糊片，另外，工业视觉设备光源自带，几乎不存在暗光环境。

5、为什么光源的亮度越高越好？

高亮度光源至少有这些好处：光源亮度高，快门时间就能降下来，有可能可以提高采图速度；其次光源亮度高，可以大大减轻环境杂光的影响；另外，光源亮度高，可以将光圈缩小，而通常缩小光圈可以得到更锐利的画面和更大的景深，这些对于机器视觉系统来说是极为重要的。所以选择光源的时候，光源亮度越高越好。

6、什么是单颗像素质量？

单颗像素指的是传感器上的一颗像素，单颗像素质量通常直接和像素颗粒的大小有关。例如有的相机的像素颗粒是5μm × 5μm，而很多手机的像素颗粒大小是1.12μm × 1.12μm，或者1.3μm × 1.3μm，这个数值越大，表明单颗像素质量越好。

主要原因是，像素之间存在电讯干扰，像素颗粒越小，相同面积的像素点越多，那么越容易产生相互干扰，带来的结果是画质纯净度的下降。反之，像素颗粒越大，相同面积的像素点越少，干扰越少，成像画质纯净度会更有优势。

审核编辑：黄飞