影響視覺(jué)成像的核心參數(shù)

焦距｜變焦與對(duì)焦

變焦就是改變鏡頭的焦距（準(zhǔn)確說(shuō)是像距），以改變拍攝的視角，也就是通常所說(shuō)的把被攝體拉近或推遠(yuǎn)。例如18-55mm和70-200mm鏡頭就是典型的變焦鏡頭。

劃重點(diǎn)：焦距越長(zhǎng)，視角越窄。

對(duì)焦通常指調(diào)整鏡片組和底片（傳感器平面）之間的距離，從而使被攝物在CCD/CMOS上成的像清晰。

我們通常說(shuō)的“調(diào)焦”一般指“對(duì)焦”。有些人認(rèn)為定焦鏡頭不能調(diào)焦的說(shuō)法是錯(cuò)誤的，定焦也是可以對(duì)焦的。

光圈｜成像銳度

追求成像的銳利應(yīng)該是所有鏡頭的追求。

鏡頭的光圈值一般從F1.2-F32不等，例如F1.8-F16，對(duì)于普通的單反鏡頭來(lái)說(shuō)，通常成像最銳利的光圈值是F5.6或者F8，為什么呢？這涉及到2個(gè)概念，一個(gè)是球差、一個(gè)是衍射。

衍射，超小光圈處影響銳利度的因素。

衍射（diffraction）是指波遇到障礙物時(shí)偏離原來(lái)直線(xiàn)傳播的物理現(xiàn)象。在經(jīng)典物理學(xué)中，波在穿過(guò)狹縫、小孔或圓盤(pán)之類(lèi)的障礙物后會(huì)發(fā)生不同程度的彎散傳播。與之相關(guān)的概念有愛(ài)里斑、瑞利判據(jù)等。

我們通?？吹降耐哥R成像的簡(jiǎn)化圖中，平行光通過(guò)透鏡以后匯聚于一點(diǎn)，這點(diǎn)叫做焦點(diǎn)，其實(shí)真實(shí)的情況并非如此，如下圖所示。

光線(xiàn)既然不能完美匯聚，也就不可能產(chǎn)生銳利的成像。當(dāng)光圈大（光圈F值?。┑臅r(shí)候，透鏡接收光的圓面很大，于是光線(xiàn)的匯聚處會(huì)非常分散，造成成像不銳利。

當(dāng)光圈縮小的時(shí)候，透鏡接收光的圓面很小，這時(shí)候光線(xiàn)經(jīng)過(guò)透鏡以后，匯聚處相對(duì)來(lái)說(shuō)更集中一些，這樣成像也就更加銳利了。一般來(lái)說(shuō)對(duì)焦不會(huì)非常準(zhǔn)確，光圈小的時(shí)候景深更深，也會(huì)顯得更銳利。

劃重點(diǎn)：光圈越小，成像越銳利。

對(duì)于實(shí)際的鏡頭來(lái)說(shuō)，鏡頭內(nèi)部的鏡片是很復(fù)雜的，可能有幾片甚至十幾片鏡片，有些鏡片的材質(zhì)還較為昂貴，例如螢石，它們的主要作用其實(shí)就是改善鏡頭的光學(xué)素質(zhì)，校正各種球差、彗差、色散、畸變等等。例如EF 200mm f/2L IS USM鏡頭如下圖所示。

光源｜互補(bǔ)紅光與藍(lán)光

解像力方面，藍(lán)光由于波長(zhǎng)更短，衍射效應(yīng)更弱，因此刻畫(huà)細(xì)節(jié)的能力更強(qiáng)，拍攝微小的物體，藍(lán)光是首選。

而紅光呢，黑白CCD對(duì)紅光更敏感，但其實(shí)這優(yōu)勢(shì)并不大，或許在需要盡量減輕環(huán)境光干擾的時(shí)候，有一點(diǎn)作用。此外，紅光源的優(yōu)勢(shì)是價(jià)格比藍(lán)光源便宜一些。

拍攝彩色物體方面，很多人認(rèn)為區(qū)分彩色物體一定需要彩色相機(jī)，其實(shí)不然。對(duì)于一幅RGB彩色圖，轉(zhuǎn)為有明暗變化的灰度圖時(shí)，遵循的公式通常是這樣的，結(jié)果

亮度灰階值=30%紅色+59%綠色+11%藍(lán)色。

也就是說(shuō)，不同顏色的物體轉(zhuǎn)為灰色時(shí)，亮度是不一樣的。并且，當(dāng)你給物體打某種顏色的光的時(shí)候，再用黑白相機(jī)拍，得到的灰度圖片又不一樣，如下圖所示。

可以總結(jié)如下，用紅色光給彩色物體打光，然后用黑白相機(jī)拍攝，物體紅色的部分變成亮白色，物體白色部分變成淺灰色，跟紅色差異大的顏色則變成暗黑色，黑色還是黑色。

清晰度｜增益調(diào)整

光圈、快門(mén)時(shí)間、ISO（增益）是取得合適曝光的三駕馬車(chē)，三者互相合作也互相制約。

攝像領(lǐng)域ISO通常取值為100-3200。而ISO這個(gè)參數(shù)在工業(yè)機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域被換了個(gè)名字，叫做gain（增益），這個(gè)參數(shù)一般不用調(diào)。

同時(shí)由于在工業(yè)應(yīng)用中，工業(yè)相機(jī)的增益是通過(guò)對(duì)傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此增益越高，信號(hào)就會(huì)被放大得越多，圖像的對(duì)比度和亮度就會(huì)增加，從而使得圖像更清晰、更易于觀察。

特別是在低光照條件下，高增益可以有效地提高圖像的清晰度和可見(jiàn)度，使得拍攝到的圖像更加清晰。

然而，增益也會(huì)增加圖像的噪音。當(dāng)增益提高時(shí)，傳感器輸出的信號(hào)也會(huì)變得更加嘈雜。這些額外的噪音會(huì)影響圖像的質(zhì)量，導(dǎo)致圖像變得模糊或者出現(xiàn)噪點(diǎn)。因此，在選擇增益時(shí)需要根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行權(quán)衡，以獲得最佳的圖像效果。

劃重點(diǎn)：調(diào)整增益可以改變清晰度，但會(huì)引入噪點(diǎn)。

景深｜亮度與光圈

光源亮度高，可以降低曝光時(shí)間，可以提高采圖速度。

此外，光源亮度高，可以將光圈縮小，而通?？s小光圈可以得到更銳利的畫(huà)面和更大的景深，這些對(duì)于機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是極為重要的。

劃重點(diǎn)：光圈越小，景深越大。