1.變焦與對焦 變焦就是改變鏡頭的焦距（準確說是像距），以改變拍攝的視角，也就是通常所說的把被攝體拉近或推遠。例如18-55mm和70-200mm鏡頭就是典型的變焦鏡頭。焦距越長，視角越窄。 對焦通常指調整鏡片組和底片（傳感器平面）之間的距離，從而使被攝物在CCD/CMOS上成的像清晰。 我們通常說的“調焦”一般指“對焦”。有些人認為定焦鏡頭不能調焦的說法是錯誤的。 ?

2.光圈與銳度 追求成像的銳利應該是所有鏡頭的追求。鏡頭的光圈值一般從F1.2-F32不等，例如F1.8-F16，對于普通的單反鏡頭來說，通常成像最銳利的光圈值是F5.6或者F8，為什么呢？這涉及到2個概念，一個是球差、一個是衍射。 衍射，超小光圈處影響銳利度的因素。

衍射（diffraction）是指波遇到障礙物時偏離原來直線傳播的物理現象。在經典物理學中，波在穿過狹縫、小孔或圓盤之類的障礙物后會發生不同程度的彎散傳播。與之相關的概念有愛里斑、瑞利判據等。 球差，大光圈處影響銳利度的因素。

我們通常看到的透鏡成像的簡化圖中，平行光通過透鏡以后匯聚于一點，這點叫做焦點，其實真實的情況并非如此，如下圖所示。

光線既然不能完美匯聚，也就不可能產生銳利的成像。當光圈大（光圈F值小）的時候，透鏡接收光的圓面很大，于是光線的匯聚處會非常分散，造成成像不銳利。當光圈縮小的時候，透鏡接收光的圓面很小，這時候光線經過透鏡以后，匯聚處相對來說更集中一些，這樣成像也就更加銳利了。一般來說對焦不會非常準確，光圈小的時候景深更深，也會顯得更銳利。 對于實際的鏡頭來說，鏡頭內部的鏡片是很復雜的，可能有幾片甚至十幾片鏡片，有些鏡片的材質還較為昂貴，例如螢石，它們的主要作用其實就是改善鏡頭的光學素質，校正各種球差、彗差、色散、畸變等等。例如EF 200mm f/2L IS USM鏡頭如下圖所示。

3.微距鏡頭與遠處對焦

其中，p是物距，p’是像距，f是焦距。 以手機拍照舉例，你可以對半米遠的茶杯對焦，也可以對50米外的高樓對上焦。但是有些定焦微距鏡頭卻不可以，例如它只能對10厘米處的物體對焦，在其他距離上都不能對上焦。從上面的公式可知，當物距（p）很大的時候，1/p接近于0，此時焦距（平行光入射時從透鏡光心到光聚集之焦點的距離）約等于像距。也就是說此時焦點和像面（底片）重合。 我們通常認為定焦鏡頭的焦距不變，但值得注意的是焦距是在平行光入射的情況下定義的。另外一種準確的說法是定焦鏡頭像距不變、視角不變。 普通定焦鏡頭可以認為焦距不變。例如50mm F1.8，它的最近對焦距離是450mm，物距比450mm小一點點。根據上面的公式，此時1/p就非常小了，可忽略，此時p’≈f，即焦點落在像面上。可認為焦距基本不變。但是對于佳能“百微”和尼康“105微”這樣的微距鏡頭來說，最大放大比例是1倍，此時對焦距離就很近了，此時相對于焦距來說，1/p就不可以忽略了，這時算出來的實際的透鏡焦點到光心的距離就不等于之前的焦距了。對于“百微”和“105微”這樣的鏡頭來說，由于其極特殊的光學結構，既可以在無窮遠處合焦，也可以在很近的“不同”位置合焦。這是靠移動鏡頭內部的多組鏡片組實現的。 以單反加裝近攝接圈為例，如果是50mm定焦鏡頭加近攝接圈，那么鏡頭的合焦距離就是一個確定的距離。如果是18-55mm變焦鏡頭加近攝接圈，那么鏡頭的合焦活動范圍就是很小的一段距離。 ? 還是看之前的公式如下圖所示。

由于強行拉長了法蘭距，像距p’必然變大很多。而焦點到光心的距離f基本變化不大，所以像距p會大大較小。假設加了接圈以后，像距p’=2f，那么此時p=2f，也就是只有物距等于2f的時候才能完美合焦。所以有些微距鏡頭不能在無窮遠處對焦，變焦鏡頭加了接圈以后合焦活動范圍有很小的一段距離，而不是固定的距離。（因為變焦鏡頭的焦距變化范圍大一些）

4.無窮共軛鏡頭與有限共軛鏡頭 共軛指的是某種互相對應的2個點或者兩個元素，像點和物點就是一組共軛點。又涉及到兩個概念叫做入瞳和出瞳，在此不展開。 無窮共軛鏡頭，像點對應的物點在無窮遠處（可以理解為很遠處），如下圖所示。

有限共軛鏡頭，像點對應的物點只能在有限的距離內，如下圖所示。

一般來說，手機攝像頭、普通鏡頭都是無窮共軛鏡頭，而工業微距鏡頭大多是有限共軛鏡頭，像“百微”、“105微”這樣的奇葩，既可以是無窮共軛鏡頭，又可以使有限共軛鏡頭。

5.紅光與藍光 解像力方面，藍光由于波長更短，衍射效應更弱，因此刻畫細節的能力更強，拍攝微小的物體，藍光是首選。而紅光呢，黑白CCD對紅光更敏感，但其實這優勢并不大，或許在需要盡量減輕環境光干擾的時候，有一點作用。此外，紅光源的優勢是價格比藍光源便宜一些。 拍攝彩色物體方面，很多人認為區分彩色物體一定需要彩色相機，其實不然。對于一幅RGB彩色圖，轉為有明暗變化的灰度圖時，遵循的公式通常是這樣的，結果亮度灰階值=30%紅色+59%綠色+11%藍色。也就是說，不同顏色的物體轉為灰色時，亮度是不一樣的。并且，當你給物體打某種顏色的光的時候，再用黑白相機拍，得到的灰度圖片又不一樣，如下圖所示。

這里不使用彩色相機的原因是，首先不同相機價格差異因素是一方面，更重要的是，黑白圖片的數據量只有彩色圖片的1/3，這種差異就會體現在圖像處理的速度上。生產速度對于工業生產來說是極為重要的。規律大致可以總結如下，用紅色光給彩色物體打光，然后用黑白相機拍攝，物體紅色的部分變成亮白色，物體白色部分變成淺灰色，跟紅色差異大的顏色則變成暗黑色，黑色還是黑色。 還有一點需要注意的是，紅色光源通常要比藍色光源便宜。紅色LED光源制作簡單，早就發明了出來，而藍色LED的研制則晚了許多，2014年的諾貝爾物理學獎授予了3位曾經在藍光LED研制方面做出卓越成就的科學家，由此可見一般。

? 6.工業領域與ISO參數 光圈、快門時間、ISO是取得合適曝光的三駕馬車，三者互相合作也互相制約。ISO通常取值為100-3200。ISO這個參數在工業機器視覺領域被換了個名字，叫做gain（增益），這個參數一般不用調。 通常ISO越高，相機感應光的能力越強，相應的噪點也越多，畫質也越差。對于每一個攝影師來說，絕大多數情況下，他都希望把ISO固定在100，因為這可以獲得最純凈的畫面，但這幾乎是不可能的。因為在暗光環境下，ISO太低，只能強行調大光圈，但是光圈是有限的，因此只能增加快門時間，但是快門時間一長，手持拍攝必然糊片。但是在工業領域一般不存在這個問題（或者說這個問題是次要問題），一是因為工業相機一般不動，曝光時間很長也不會糊片，另外，工業視覺設備光源自帶，幾乎不存在暗光環境。

? 7.光源與亮度 首先，光源亮度高，快門時間就能降下來，有可能可以提高采圖速度。其次，光源亮度高，可以大大減輕環境雜光的影響。另外，光源亮度高，可以將光圈縮小，而通常縮小光圈可以得到更銳利的畫面和更大的景深，這些對于機器視覺系統來說是極為重要的。所以選擇光源的時候，光源亮度越高越好。

? 8.單顆像素質量 單顆像素指的是傳感器上的一顆像素，單顆像素質量通常直接和像素顆粒的大小有關。例如有的相機的像素顆粒是5um×5um，而很多手機的像素顆粒大小是1.12um×1.12um，或者1.3um×1.3um，這個數值越大，表明單顆像素質量越好。主要原因是，像素之間存在電訊干擾，像素顆粒越小，那么相當于相鄰像素的間距越小，那么越容易產生相互干擾，帶來的結果是畫質純凈度的下降。

審核編輯：黃飛

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