光学镜头基础知识研发中心研发中心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MTFMTF、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光学(optics)是是研究研究光（电磁波）光（电磁波）的的行为行为和和性质性质，以及，以及光和物质相互作用光和物质相互作用的物理的物理学科学科。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先一起看看下面这个镜头的规格表镜头规格加深理解加深理解EFL与与FOV视场角：若Y为sensor的半对角线长度，则视场角2=2*arctan(Y/f),Yf镜头规格加深理解加深理解EFL与与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，DFNO=EFL(焦距)/D(光圈直径)镜头规格FNO=EFL(焦距)/D(光圈直径)DEFL镜头规格加深理解加深理解BF、FB、MBMB-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镜头规格加深理解加深理解ResolutionResolution-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。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、FILTERMTF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pixelsize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、FILTERFFnF=FnF=Fn/2光信号(被摄物)Sensor接受信号中Sensor输出信号F：FrequencyFn：Nyquistslimitfrequency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pixelsize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（低通滤波器（OLPF）无OLPF的光学系统有OLPF的光学系统OLPFNo.1No.2No.3SensorNo.1No.2No.3MTF、极限分辨率、FILTER知道了知道了OLPF，再说一下，再说一下IR-CUT注意区分两个频率注意区分两个频率:电磁波的频率，在可见光范围内，通常用波长间接电磁波的频率，在可见光范围内，通常用波长间接表达表达,单位为单位为nm；空间频率，和分辨率有关，单位是空间频率，和分辨率有关，单位是lp/mm对于红外波段（对于红外波段（650nm）以上，不能被人眼识别，）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，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，所以需要增加需要增加IR-CUT，滤掉红外波段的光线。，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= FL2/ （f2 + FL）后景深 L2= FL2/ （f2 - FL）景深 L =2f2FL2/（ f4 - F22L2）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：f2 FL0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F2.8F8F22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1/3CCD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。 谢谢谢谢