實(shí)用！三分鐘徹底搞懂鏡頭景深！
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2024-07-11 20:56
我們在視覺應(yīng)用取圖時經(jīng)常會遇到一種情況，被攝物不在一個平面內(nèi)，這時就涉及到了景深的概念。下面討論下鏡頭景深的定義、與景深相關(guān)的參數(shù)和關(guān)于景深的誤區(qū)。
景深的定義和計(jì)算
景深是指能清晰成像的最遠(yuǎn)平面和最近平面的距離。也就是說，在景深范圍內(nèi)，不同工作距離的物體都可以“清晰”的成像。
以上景深的定義是有問題的， 因?yàn)闆]有明確定義怎樣算“能清晰成像”。光學(xué)的物像共軛關(guān)系告訴我們最清晰的物面只能有一個。離開了最清晰的物面，圖像肯定是越來越模糊的。所以在使用景深概念時，最關(guān)鍵的就是怎樣定義“清晰”。
鏡頭的景深很難像其他參數(shù)一樣標(biāo)明在產(chǎn)品規(guī)格書中。這是因?yàn)殓R頭的景深和公式中的四個變量有關(guān)。對一支鏡頭來說，不同工作距和不同光圈時對應(yīng)的景深不一樣。
每個鏡頭生產(chǎn)廠商給出“能清晰成像”的定義不同。
要使用以上的景深公式前，要首先定義彌散圓直徑。由于計(jì)算復(fù)雜，此公式并不實(shí)用。
決定景深的參數(shù)
* 焦距越長，景深越小。
* F 數(shù)越小（光圈越大），景深越小。
* 工作距離越短（使用倍率越高），景深越小。
對景深的影響，工作距離>光圈>焦距
如果要獲得大景深，要使用工作距離長的鏡頭，F 數(shù)要小，焦距要短。如果是遠(yuǎn)心鏡頭，則選用倍率小的鏡頭。使用大尺寸芯片和配套鏡頭取圖也可以提高圖像的景深。
景深不是鏡頭的設(shè)計(jì)規(guī)格，而是設(shè)計(jì)后的結(jié)果，鏡頭設(shè)計(jì)師無法把景深作為一個目標(biāo)參數(shù)去優(yōu)化。
景深測試
在測試不同廠商鏡頭的景深時，一定要保證焦距、F 數(shù)和工作距離在同等條件下。
如圖所示，可以使用此方法來測試鏡頭的景深。
如果在同等測試條件下發(fā)現(xiàn)一個鏡頭比另一個景深好，那么要從工作距、光圈和焦距中找出原因，查看是否光圈有虛標(biāo)。如果確認(rèn)三個參數(shù)都相同，那么極有可能景深好的鏡頭本身成像品質(zhì)就要好，是分辨率本身的差異，而非景深的差異。
光圈調(diào)最小以提高景深？
由于光圈縮小到鏡頭最佳光圈以下時，鏡頭衍射效應(yīng)會隨光圈關(guān)小變得越來越顯著，圖像質(zhì)量會隨光圈變小越來越差。在需要大景深的應(yīng)用中，切記要平衡圖像質(zhì)量與景深兩個指標(biāo)。一味追求景深，500 萬分辨率的鏡頭只能提供 100 萬的分辨率，在硬件上的花費(fèi)就浪費(fèi)了。
遠(yuǎn)心鏡頭的景深更大？
經(jīng)過我們的實(shí)測驗(yàn)證，同等放大倍率和同等光圈下，遠(yuǎn)心鏡頭的景深并沒有比FA鏡頭更好。
但是在這同樣的景深范圍中，遠(yuǎn)心鏡頭靠遠(yuǎn)心光路，可以實(shí)現(xiàn)比FA鏡頭更高的測量精度。
這是因?yàn)槭褂眠h(yuǎn)心鏡頭時，即使物體離開最佳工作距離后圖像變的模糊，模糊的灰度過渡也是均勻的，灰度曲線黑到白過渡的中心位置不會移動。雖然圖像模糊了，識別出來的邊緣位置不會動，不會很大的影響測量精度。
這就是我常說遠(yuǎn)心鏡頭景深更大的原因。其實(shí)不是景深更大，而是測的更準(zhǔn)。
來源：小螢成像
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