镜头F值（镜头光圈系数）

Question

如题所述

Answer 1

在工业视觉的世界里，镜头的光圈系数，或称F值，如同光学中的神秘密码，它决定着光线如何通过镜头，影响成像效果的方方面面。F值的计算公式，即光圈与焦距之比（F/# = f/D），揭示了光通量与光圈大小的微妙关系：F值越小，光通量越充沛，成像照度随之提升。

光圈不仅是调节光线强度的魔法手柄，更是影响景深、对比度和分辨率的关键因素。光圈越大，成像照度越亮，信号强度和信噪比也随之增强，但要考虑到焦距的影响，因为长焦距下，到达传感器的光线会相对减弱。因此，F/#的选择必须兼顾孔径和焦距的影响，以达到最佳的成像质量。

在机器视觉中，当我们面对有限的工作距离，通常采用修正后的F/#公式（(F/#)w ≈ (1 + |m|) × F/#），比如一个F/2.8镜头在-0.5倍放大率下的（F/#）W将变为F/4.2，这一步骤对光照度和成像清晰度的精确控制至关重要。

同时，数值孔径NA与F/#密切相关，特别是在显微镜和工业成像中。NA = 1/[2(F/#)]，小的F/#数值意味着更高的分辨率，但景深相应减小，如何平衡这两者，就成了技术抉择的关键所在。

工业镜头的光圈控制方式多样，既有手动光圈（manual iris），适用于光照稳定的场景，通过转动金属薄片调节光通量；也有自动光圈(autoiris)，在光照变化频繁的环境中如户外或人工照明频繁切换的地方更为适用，自动光圈由摄像机信号驱动，有视频(VIDEO)驱动和直流(DC)驱动两种类型，分别通过视频信号放大器或直流电压控制。

在实际应用中，自动光圈镜头通常配备ALC调节（测光控制）和LEVEL调节（灵敏度），以适应不同的光照条件和目标需求。这些精细的调校，无疑为工业视觉系统提供了卓越的成像质量保障。