成像原理
鏡頭成像原理是基于凸透鏡成像通過(guò)透鏡的組合，把物體發(fā)出或者反射的光線(xiàn)成像在像平面上（與芯片面重合）。運(yùn)用凹凸透鏡組合能有效地平衡球差、軸外像差、色差等各種像差，提高成像質(zhì)量。攝像頭成像的過(guò)程可以分為以下幾個(gè)步驟：光學(xué)成像、光電轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理、數(shù)字編碼和數(shù)據(jù)傳輸。
技術(shù)參數(shù)
焦點(diǎn)/焦距
與光軸平行的光線(xiàn)射入凸透鏡時(shí)，理想的鏡頭應(yīng)該是所有的光線(xiàn)聚集在一點(diǎn)后，再以錐狀擴(kuò)散開(kāi)來(lái)，這個(gè)聚集所有光線(xiàn)的點(diǎn)叫做焦點(diǎn)。
對(duì)于單個(gè)透鏡來(lái)說(shuō)，焦距是指從光心到焦點(diǎn)的距離，如圖一；
對(duì)于多個(gè)透鏡組成的鏡頭組來(lái)說(shuō)，焦距是指像方主平面到焦點(diǎn)的距離，如圖二。
光圈
光圈就是控制光線(xiàn)進(jìn)入鏡頭的裝置。在鏡頭內(nèi)部多枚葉片組合成一個(gè)圓形孔徑調(diào)節(jié)裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)孔徑大小就可以控制鏡頭的通光量。光圈用英文字母F表示，F(xiàn)值與光圈大小成反比，F(xiàn)值越小光圈越大，F(xiàn)值越大光圈反而越小。
光圈系數(shù)是指鏡頭焦距 與整個(gè)鏡頭入瞳直徑D的比值，通常用f/#來(lái)表示。其計(jì)算公式：f/#=f′/D。
f/#值越小，光圈越大。一般f/#值是以√2倍遞增，因此光圈常用的計(jì)數(shù)為F1.4，F(xiàn)2.0，F(xiàn)2.8，F(xiàn)4.0……在同一單位時(shí)間內(nèi)上一級(jí)的通光面積是下一級(jí)的兩倍，例如光圈從f/8調(diào)整到f/5.6，通光面積便增加一倍。
光圈對(duì)圖片亮度的影響：相同應(yīng)用條件下，同一鏡頭，光圈越大，通光孔徑越大，圖片越亮。
工作距離
工作距離(Working Distance)：鏡頭聚焦清晰時(shí)，被測(cè)目標(biāo)到鏡頭最前端的距離稱(chēng)為工作距離。實(shí)際應(yīng)用中，鏡頭不能對(duì)任意物距下的目標(biāo)都同時(shí)聚焦清晰，因此鏡頭的工作距離有一定范圍。
一般的鏡頭是可以看到無(wú)限遠(yuǎn)的，也就是說(shuō)是沒(méi)有上限的，我們需要注意的是“最小工作距離”在鏡頭上有兩個(gè)有刻度的調(diào)節(jié)圈，一個(gè)是調(diào)節(jié)光圈的，另一個(gè)是調(diào)焦的，在調(diào)焦的刻度圈上標(biāo)有此鏡頭的工作距離從最近到最遠(yuǎn)是多少。
視場(chǎng)角/視野
視場(chǎng)角：在光學(xué)工程中，視場(chǎng)角是指鏡頭對(duì)圖像傳感器的張角，即若y'為Sensor的半對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度，則視場(chǎng)角2θ≈2*arctan(y'/f')。
視野：視野(Field of View, FoV)，也叫視場(chǎng)范圍，是指鏡頭能觀測(cè)到的實(shí)際范圍。鏡頭的視野大小和相機(jī)的分辨率，決定視覺(jué)系統(tǒng)所能達(dá)到的視覺(jué)檢測(cè)精度。
相同的工作距離下，焦距越短，視場(chǎng)角越大，視野也就越大；相同的焦距下，視場(chǎng)角一定，工作距離越遠(yuǎn)，視野越大。
放大倍率
放大倍率定義為像的大小與物的大小之比。
-1＜β ＜0時(shí)，物像異側(cè)，成倒立縮小的實(shí)像，如AA′所示，這就是鏡頭的成像原理。
β=-1時(shí)，物像異側(cè)，成倒立等大的實(shí)像，如BB′所示。
β＜-1時(shí)，物像異側(cè)，成倒立放大的實(shí)像，如CC′所示，這就是顯微鏡的成像原理。
β＞0時(shí)，物像同側(cè)，成正立放大的虛像，如DD′所示，這就是放大鏡的成像原理。
分辨率
分辨率是指光學(xué)系統(tǒng)可以測(cè)到的被測(cè)物體上的最小可分辨特征尺寸。
鏡頭分辨率與相機(jī)像素、分辨率均無(wú)關(guān)，只與鏡頭成像質(zhì)量有關(guān)，通常鏡頭分辨率指的是解像力。鏡頭只與解像力有關(guān)，越高質(zhì)量的鏡頭，解像力越高，通常稱(chēng)為“銳度越高”，所拍照片也自然越清晰。
鏡頭能分辨物體的細(xì)節(jié)越小，鏡頭的分辨率就越高。通常用像面處每毫米能夠分辨的黑白相間的條紋對(duì)數(shù)(lp/mm)描述。
在實(shí)際應(yīng)用中，建議鏡頭的分辨率不低于相機(jī)的分辨率。
景深
深度為當(dāng)CCD從最佳焦點(diǎn)前后移動(dòng)時(shí)，出現(xiàn)最銳利焦點(diǎn)的最近點(diǎn)與最遠(yuǎn)點(diǎn)之間的距離。影像側(cè)的深度范圍稱(chēng)為焦深。
影響景深的主要因素
鏡頭光圈
光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大。
鏡頭焦距
鏡頭焦距越長(zhǎng)，景深越?。唤咕嘣蕉?，景深越大。
拍攝距離
距離越遠(yuǎn)，景深越大；距離越近，景深越小。
光學(xué)畸變
光學(xué)畸變(distortion)：由于鏡頭在不同視場(chǎng)放大倍率的不一樣，使得像相對(duì)于物體失去相似性，這種像變形的缺陷稱(chēng)為光學(xué)畸變。光學(xué)畸變只影響成像的幾何形狀，并不影響成像的清晰度。常見(jiàn)的光學(xué)畸變主要有兩種類(lèi)型，桶形畸變和枕形畸變(如圖)。
TV畸變
TV畸變是圖像的視覺(jué)畸變的度量，TV畸變的定義有很多 。其中RIAA TV畸變計(jì)算公式如下：
后截距
法蘭距：鏡頭法蘭面到像面(芯片)的距離。
機(jī)械后截距：鏡頭最后的機(jī)械面到像面的距離。
光學(xué)后截距：鏡頭最后端鏡片表面頂點(diǎn)到像面的距離。
