光學(xué)鏡頭的主要參數(shù)

公式中，λ為中心波長(zhǎng)，單位為毫米。可見(jiàn)，理想鏡頭的分辨率完全由相對(duì)孔徑所決定，相對(duì)孔徑越大，F(xiàn)/#越小，分辨率就越高。按此公式?jīng)Q定的只是視場(chǎng)中心的分辨率，在視場(chǎng)邊緣，由于成像光束的孔徑角比軸上點(diǎn)小，因此分辨率有所降低。

實(shí)際的攝影鏡頭，由于有比較大的剩余像差，其分辨率要比理想鏡頭的分辨率低得多。因此，通常使用調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF：Modulation Transfer Function）來(lái)表征鏡頭的實(shí)際分別率。調(diào)制傳遞函數(shù)MTF定義為在一定空間頻率時(shí)像面對(duì)比度與物面對(duì)比度之比，這里空間頻率以單位毫米內(nèi)的線(xiàn)對(duì)數(shù)來(lái)表示，其單位為lp/mm。對(duì)于一個(gè)鏡頭，不同的空間頻率處的MTF是不同的，一般來(lái)說(shuō)，隨著空間頻率的增大，MTF越來(lái)越小，直至為零，MTF為零時(shí)的空間頻率稱(chēng)為鏡頭的截止頻率。一些鏡頭廠家為了表示方便，通常也以鏡頭的截止頻率來(lái)替代MTF，用以表示鏡頭的分辨率。

在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，系統(tǒng)使用面陣或線(xiàn)陣傳感器作為成像器件，因此系統(tǒng)的分辨率通常也會(huì)受到成像傳感器中像元分辨率的限制。像元分辨率定義為單位毫米內(nèi)像素單元數(shù)的一半，即NF-1/2p，其中p為像素單元的尺寸大小，例如一個(gè)CCD的像元尺寸大小為5×5微米，則像元分辨率則為：

傳感器的像元分辨率限制了系統(tǒng)的最高分辨率，即使鏡頭的分辨率再高，系統(tǒng)也不可能分辨高于像元分辨率的細(xì)節(jié)。然而在實(shí)際使用中，由于景深的存在，為了使鏡頭偏離對(duì)準(zhǔn)面仍然能夠成像清晰，因此，在選擇鏡頭時(shí)，通常要求鏡頭分辨率要略高于像元分辨率，這樣才能使系統(tǒng)的分辨率達(dá)到傳感器所限制的最高分辨率。

畸變

對(duì)于理想光學(xué)系統(tǒng)，在一對(duì)共軛的物像平面上，放大率是常數(shù)。但是對(duì)于實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)，僅當(dāng)視場(chǎng)較小時(shí)具有這一性質(zhì)，而當(dāng)視場(chǎng)較大或很大時(shí)，像的放大率就要隨著視場(chǎng)而異，這樣就會(huì)使像相對(duì)于物體失去相似性。這種使像變形的成像缺陷稱(chēng)為畸變。

畸變定義為實(shí)際像高y ' 與理想像高y0 ' 之差y ' -y0 ' ，而在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常將其與理想像高y0 ' 之比的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示畸變，稱(chēng)為相對(duì)畸變，即

有畸變的光學(xué)系統(tǒng)，若對(duì)等間距的同心圓物面成像，其像將是非等間距的同心圓。當(dāng)系統(tǒng)具有正畸變時(shí)，實(shí)際像高y ' 隨視場(chǎng)的增大比理想像高y0 ' 增大得快，即放大倍率隨視場(chǎng)的增大而增大，則同心圓的間距自?xún)?nèi)向外逐漸增大；反之，當(dāng)為負(fù)畸變時(shí)，圓的間距自?xún)?nèi)向外逐漸減小。若物面為如圖3（a）所示的正方形網(wǎng)格，那么，由正畸變的光學(xué)系統(tǒng)所成的像呈枕形，如圖3（b）；由負(fù)畸變光學(xué)系統(tǒng)所成的像呈桶形，如圖3（c）。圖中虛線(xiàn)所示是理想像。

圖3.畸變

畸變?cè)诠鈱W(xué)系統(tǒng)中只引起像的變形，對(duì)像的清晰度并無(wú)影響。因此，對(duì)于一般的光學(xué)系統(tǒng)，只要感覺(jué)不出它所成像的變形，這種成像缺陷就無(wú)妨礙。但是對(duì)于某些要利用像來(lái)測(cè)定物體大小尺寸的應(yīng)用，畸變的影響就非常重要了，它直接影響測(cè)量精度，必須予以嚴(yán)格校正。