影响视觉成像的核心参数

焦距｜变焦与对焦

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。例如18-55mm和70-200mm镜头就是典型的变焦镜头。

划重点：焦距越长，视角越窄。

对焦通常指调整镜片组和底片（传感器平面）之间的距离，从而使被摄物在CCD/CMOS上成的像清晰。

我们通常说的“调焦”一般指“对焦”。有些人认为定焦镜头不能调焦的说法是错误的，定焦也是可以对焦的。

光圈｜成像锐度

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，例如F1.8-F16，对于普通的单反镜头来说，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，超小光圈处影响锐利度的因素。

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。与之相关的概念有艾里斑、瑞利判据等。

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。

光线既然不能完美汇聚，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。一般来说对焦不会非常准确，光圈小的时候景深更深，也会显得更锐利。

划重点：光圈越小，成像越锐利。

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，例如萤石，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。例如EF200mmf/2LISUSM镜头如下图所示。

光源｜互补红光与蓝光

解像力方面，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。

而红光呢，黑白CCD对红光更敏感，但其实这优势并不大，或许在需要尽量减轻环境光干扰的时候，有一点作用。此外，红光源的优势是价格比蓝光源便宜一些。

拍摄彩色物体方面，很多人认为区分彩色物体一定需要彩色相机，其实不然。对于一幅RGB彩色图，转为有明暗变化的灰度图时，遵循的公式通常是这样的，结果

亮度灰阶值=30%红色+59%绿色+11%蓝色。

也就是说，不同颜色的物体转为灰色时，亮度是不一样的。并且，当你给物体打某种颜色的光的时候，再用黑白相机拍，得到的灰度图片又不一样，如下图所示。

可以总结如下，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。

清晰度｜增益调整

光圈、快门时间、ISO（增益）是取得合适曝光的三驾马车，三者互相合作也互相制约。

摄像领域ISO通常取值为100-3200。而ISO这个参数在工业机器视觉领域被换了个名字，叫做gain（增益），这个参数一般不用调。

同时由于在工业应用中，工业相机的增益是通过对传感器输出的电信号进行放大来实现。因此增益越高，信号就会被放大得越多，图像的对比度和亮度就会增加，从而使得图像更清晰、更易于观察。

特别是在低光照条件下，高增益可以有效地提高图像的清晰度和可见度，使得拍摄到的图像更加清晰。

然而，增益也会增加图像的噪音。当增益提高时，传感器输出的信号也会变得更加嘈杂。这些额外的噪音会影响图像的质量，导致图像变得模糊或者出现噪点。因此，在选择增益时需要根据具体应用场景进行权衡，以获得最佳的图像效果。

划重点：调整增益可以改变清晰度，但会引入噪点。

景深｜亮度与光圈

光源亮度高，可以降低曝光时间，可以提高采图速度。

此外，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。

划重点：光圈越小，景深越大。

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