光学镜头基础知识课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,光学镜头基础知识,研发中心 光学部,纲要,光学基本定律,光学三大定律：折射、反射、直线传播,光学镜头基本,EFL,、,FNO.,、,BFL,、,FFL,、光阑、,FOV,、相对照度、,MTF,等,MTF,、空间频率、滤光片,认识,MTF,曲线、离焦曲线，理解空间频率,从拍摄效果理解,MTF,MTF,、空间频率、,TV,分辨率三者关系,景深,景深概念、及如何扩大景深,光学基本定律,光学,(optics),是,研究,光（电磁波）,的,行为,和,性质,，以及,光和物质相互作用,的物理学科,。,几何光学三大定律,直线传播定律,反射定律,折射定律,光在均匀介质中沿直线传播,反射角等于入射角。,i=i,n1sini=n2sinr,镜头规格,先一起看看下面这个镜头的规格表,镜头规格,加深理解,EFL,与,FOV,视场角：若,Y,为,sensor,的半对角线长度，则视场角,2=2*arctan(Y/f),Y,f,镜头规格,加深理解,EFL,与,FOV,焦距越短，视场角越大，放大倍率越小，监控范围越大，监控画面中的人越小，反之视场角越小，放大倍率越大，监控画面中人越大,镜头规格,加深理解,FNO.,对于定焦镜头（光圈直径）越大，通光量就越大；,在一般环境下由于,sensor,会自动调整曝光值，此时就比较不出,FNO,数值不同的镜头的好坏；,但在低照度环境下，,sensor,曝光已经到极限，因此,FNO,小的镜头会在亮度表现上会有比较佳的表现。来说，焦距一定，,FNO,越小，,D,FNO=EFL(,焦距,)/D(,光圈直径,),镜头规格,FNO=EFL(,焦距,)/D(,光圈直径,),D,EFL,镜头规格,加深理解,BF,、,FB,、,MB,MB-,机械后焦，指镜头最后的机械面到像面的距离，对于,CS,接口镜头，此值偏小，有可能造成无法对焦问题。,BF-,光学后焦，指镜头最后一片镜片最后一面中心点到像面的距离。一般通过测量,BF,来间接计算,MB,和,FB,值。,FB-,法兰后焦，镜头法兰面到像面的距离。,镜头规格,加深理解,BF,、,FB,、,MB,以上两款镜头的,MB,值分别为,7.81,和,6.97,，这就要求相机定位面到,sensor,的距离不能大于,6.97,，否则出现无法聚焦清楚的情况。,此距离应大于,FB-MB,镜头规格,加深理解,Resolution,Resolution-,分辨率，对于镜头分辨率规格的标注，常用一定空间频率下的,MTF,（最大值为,1,，最小为,0,）、,MTF=0.2,时的空间频率（,lp/mm,）、可达到的最大解析度三种表示方法。,Resolution,的表达,MTF,空间频率,与芯片配合可达到的像素数,MTF,、景深、,FILTER,上图是一条,MTF,曲线，里面包含的信息有：,MTF,、空间频率和像高。,MTF,可以近似理解为黑白线条的对比度，最大值为,1,；,空间频率的单位是,lp/mm,，,200lp/mm,表示,1,毫米距离内的黑白线对数；,不同颜色的曲线表示不同的像高，,T,和,S,分别表示法线和切线方面的,MTF,。补充说明：像面大小一般分两种表示方法，一种是像面大小，用直径表示，一种是像高，用距离表示。比如像面,6mm,对应的像高是,3mm,；,从此副,MTF,曲线图可以看出，这款镜头的可以匹配,1/3”,的,sensor,。,MTF,、景深、,FILTER,同一频率时,MTF,值不同，给图像带来的差异：,MTF,、景深、,FILTER,MTF,值相同，形状不同带来的图像差异：,MTF,、景深、,FILTER,上图是一条离焦曲线，里面包含的信息有：,MTF,、焦深、空间频率和像高。,一般镜头的焦深范围标准是：,MTF0.3,焦深,0.02mm,，空间频率为,1/4,的芯片极限分辨率；,芯片的极限分辨率,=2,倍的,pixel size,分之一，单位为,lp/mm,焦深越大，镜头聚焦越容易。,MTF,、极限分辨率、,FILTER,FFn,F=Fn,F=Fn/2,光信号,(,被摄物,),Sensor,接受信号中,Sensor,输出信号,F,：,Frequency,Fn,：,Nyquist,s limit,frequency,分辨率过高,Sensor,不能分辨，产生莫尔条纹,临界点,可以分辨,镜头的分辨率（,F,）与芯片的极限分辨率（,Fn,）关系,MTF,、极限分辨率、,FILTER,由上页可知，当,FFn,时，,Sensor,输出的信号就会有杂讯产生，通常杂讯的表现为莫尔条纹。,2.8mm,定焦镜头配,6.5,的,CCD,，由于镜头的分辨率远远高于芯片的极限分辨率，所以产生明显的莫尔条纹,百万像素镜头配合,2.5,的,CMOS,，镜头的分辨率没有高于芯片的极限分辨率，所以没有莫尔条纹产生。,MTF,、极限分辨率、,FILTER,芯片的极限分辨率计算公式是,2,倍的,pixel size,分之一，再乘以,1000,。,6.5,和,2.5,对应的极限分辨率分别是,77lp/mm,和,200lp/mm,，说明,M12,定焦镜头的分辨率远远高于,77lp/mm,，百万像素镜头的分辨率未大于,200lp/mm,。,MTF,、极限分辨率、,FILTER,如何消除莫尔条纹？,低通滤波器（,OLPF,）,无,OLPF,的光学系统,有,OLPF,的光学系统,OLPF,No.1,No.2,No.3,Sensor,No.1,No.2,No.3,MTF,、极限分辨率、,FILTER,知道了,OLPF,，再说一下,IR-CUT,注意区分两个频率,:,电磁波的频率，在可见光范围内，通常用波长间接表达,单位为,nm,；,空间频率，和分辨率有关，单位是,lp/mm,对于红外波段（,650nm,）以上，不能被人眼识别，但芯片可以感应，这样拍摄出来的画面就会泛红，与人眼观测到的景物在颜色上存在严重差异，所以需要增加,IR-CUT,，滤掉红外波段的光线。,景深,景深,景深与对焦距离的关系,前景深,L1=FL,2,/,（,f,2,+FL,）,后景深,L2=FL,2,/,（,f,2,-FL,）,景深,L=2f,2,FL,2,/,（,f,4,-F,2,2,L,2,）,容许弥散圆直径,f,镜头焦距,F,镜头的拍摄光圈值,L,对焦距离,L1,前景深,L2,后景深,L,景深,从公式可以看出，后景深,前景深。由景深计算公式可以看出，景深与镜头使用光圈、镜头焦距、拍摄距离以及对像质的要求,(,表现为对容许弥散圆的大小,),有关。,超焦深,的计算：,f,2,FL,0,时，后景深为无穷远。在聚焦时，最好能将焦点聚在能产生超焦深的焦点处，从前焦深处开始聚焦，这样，画面处所有的画面都能清晰聚焦。,景深,景深与光圈的关系,景深,景深与光圈的关系,F2.8,F8,F22,景深,景深与对焦距离的关系,对焦物距,1,对焦物距,2,超焦距,景深,影响景深大小的因素：,光圈,焦距,对焦距离,这是从公式中得到的。除了以上三个光学参数外，镜头自身的分辨率及,CCD,的倾斜都会对景深造成很大的影响。,景深,像面倾斜,0.5,后,（按,1/3 CCD,则倾斜约,0.05mm,）：,设计曲线,景深,CCD,感光面相对于镜头成像面倾斜的误差来源：,CCD,定位误差,CCD,贴片倾斜,导热铝块平行度,主板定位误差,主板平行度,相机前盖与主板的定位面平行度,螺钉拧入的松紧程度造成主板的倾斜,镜头定位误差,相机接口螺纹同轴度,镜头接口螺纹同轴度,以上,8,项误差累计，造成,CCD,相对于镜头像面倾斜几度呢？（对于,1/3”CCD,单边翘起,0.05mm,，即为,5,）,景深,MTF,曲线的形状，再加上图像处理，可以得到较宽的景深。这种技术叫,EDOF,。,其原理是首先镜头设计上首先要保证高频的,MTF,，画面的均匀性（从中心到边缘衰减比较缓慢），这样的镜头在普通的相机上的效果会较一般镜头锐利度差一些，但细节的分辨能力没有降低，他牺牲了低频的,MTF,，但换来了更大的焦深，对应的景深会更大一些。这时，再加上适当的图像处理，可以得到较大的景深。,谢谢,