【马克拉伯每日分享】镜头的成像原理及特性
各位小伙伴六一快乐呀！不管几岁，快乐万岁！保持愉快的心情开启今天的学习之路吧~
镜头的成像原理
镜头的成像是以凸透镜成像的原理为基础，通过透镜的组合，把物体发出或者反射的光线成像在像平面上(与芯片面重合) 。运用凹凸透镜组合能有效地平衡球差、轴外像差、色差等各种像差，提高成像质量。
1、焦点/焦距
与光轴平行的光线射入凸透镜时，理想的镜头应该是所有的光线聚集在一点后，再以锥状扩散开来，这个聚集所有光线的点叫做焦点。对于单个透镜来说，焦距是指从光心到焦点的距离，如图一；对于多个透镜组成的镜头组来说，焦距是指像方主平面到焦点的距离，如图二。
2、光圈
在镜头内部，有一个多边形或者圆形且面积可变的孔状光栅装置，这个装置就叫做光圈。光圈的作用是控制镜头的通光量，通常用光圈系数来描述其大小。光圈系数是指镜头焦距 与整个镜头入瞳直径D的比值，通常用f/#来表示。其计算公式：f/#=f′/D。
f/#值越小，光圈越大。一般f/#值是以√2倍递增，因此光圈常用的计数为F1.4，F2.0，F2.8，F4.0……在同一单位时间内上一级的通光面积是下一级的两倍，例如光圈从f/8调整到f/5.6，通光面积便增加一倍。
光圈对图片亮度的影响：相同应用条件下，同一镜头，光圈越大，通光孔径越大，图片越亮。
3、工作距离
工作距离(Working Distance)：镜头聚焦清晰时，被测目标到镜头最前端的距离称为工作距离。实际应用中，镜头不能对任意物距下的目标都同时聚焦清晰，因此镜头的工作距离有一定范围。
4、视场角/视野
1、视场角
在光学工程中，视场角是指镜头对图像传感器的张角，即若y'为Sensor的半对角线长度，则视场角2θ≈2*arctan(y'/f')。
2、视野
视野(Field of View, FoV)，也叫视场范围，是指镜头能观测到的实际范围。镜头的视野大小和相机的分辨率，决定视觉系统所能达到的视觉检测精度。
相同的工作距离下，焦距越短，视场角越大，视野也就越大；相同的焦距下，视场角一定，工作距离越远，视野越大。
5、放大倍率
放大倍率定义为像的大小与物的大小之比。
-1＜β ＜0时，物像异侧，成倒立缩小的实像，如AA′所示，这就是镜头的成像原理。
β=-1时，物像异侧，成倒立等大的实像，如BB′所示。
β＜-1时，物像异侧，成倒立放大的实像，如CC′所示，这就是显微镜的成像原理。
β＞0时，物像同侧，成正立放大的虚像，如DD′所示，这就是放大镜的成像原理。
6、分辨率
分辨率是指光学系统可以测到的被测物体上的最小可分辨特征尺寸。镜头能分辨物体的细节越小，镜头的分辨率就越高。通常用像面处每毫米能够分辨的黑白相间的条纹对数(lp/mm)描述。
在实际应用中，建议镜头的分辨率不低于相机的分辨率。
7、景深
景深：能在像平面上获得清晰像的物方空间深度。即：在被摄物平面(对焦点)前后一定范围内的物体，在无需调焦的情况下，其成像仍然清晰，这段可清晰成像空间深度就是景深。
影响景深的主要因素
1、镜头光圈
光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大。
2、镜头焦距
镜头焦距越长，景深越小；焦距越短，景深越大。
3、拍摄距离
距离越远，景深越大；距离越近，景深越小。
8、光学畸变
光学畸变(distortion)：由于镜头在不同视场放大倍率的不一样，使得像相对于物体失去相似性，这种像变形的缺陷称为光学畸变。光学畸变只影响成像的几何形状，并不影响成像的清晰度。常见的光学畸变主要有两种类型，桶形畸变和枕形畸变(如图)。
9、后截距
1、法兰距：镜头法兰面到像面(芯片)的距离。
2、机械后截距：镜头最后的机械面到像面的距离。
3、光学后截距：镜头最后端镜片表面顶点到像面的距离。
10、镜头接口
镜头的接口尺寸是有国际标准的，接口有两种机械操作方式:
卡口方式用于F口;
螺口方式用于C口、CS口和S口。
常用的有下面这些:
C口:多用于工业相机，最常用的工业镜头接口
CS口:多用于监控相机。
F口:多用于单反相机及大靶面芯片尺寸或者线阵相机。
M42:多用于大靶面的工业相机。
M12:多用于板集相机。
F口（也称为“F卡口”）是相机镜头的卡口连接方式，最初由Nikon推出，用于单反相机。F卡口的法兰距为46.5 mm。此连接方式适合匹配4/3"芯片，这种芯片对于C口来说则尺寸过大。
C口是相机镜头的标准螺口连接方式。该螺纹的标称直径为1英寸(24.5 mm)，其螺距为1/32英寸。此接口的法兰距为17.526 mm (0.69英寸）。
CS口与C口相比只是其法兰距不同:12.526 mm (0.493英寸)。CS口相机可通过使用一个5 mm适配器来与C口镜头组合使用。
S口（也称M12)的螺纹为M12x 0.5 mm，即，其直径仅12 mm，主要用于将非常小的镜头装接到相机上。它们适用于小型芯片（小于1/2") 。
今天的内容是不是干货满满！期待后续更多精彩吗？
快戳下方链接加入马克拉伯吧~
知乎 - 安全中心