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22
2025
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光学部10：远心镜头的景深
在工业视觉的精密世界里，景深决定了镜头清晰成像的纵深范围，是镜头选型的关键指标。
但如何准确预估远心镜头的景深却是个技术挑战——它不遵循常规公式，且受光学倍率、光圈及相机像元等参数综合影响。
这节课的内容，就将为您揭秘远心镜头的景深特性，并提供实用的估算方法。
一、景深是什么
景深是成像镜头非常重要的光学参数之一，它直接关系到镜头可清晰成像区域的深度。
在绝大多数工业视觉检测项目中，景深是否足够大常常会左右一个镜头是否可以被使用。
镜头的景深究竟是哪些因素来决定的？
一般成像镜头的景深计算公式如下：
δ——容许弥散圆直径
F——镜头的拍摄光圈值
f——镜头焦距
L——对焦距离
ΔL1——前景深
ΔL2——后景深
ΔL——景深
公式：
前景深 ΔL1=FδL2/(f2+FδL)
后景深 ΔL2=FδL2/(f2−FδL)
景深 ΔL=ΔL1+ΔL2=(2f2FδL2)/(f4−F2δ2L2)
二、远心镜头的景深
预估远心镜头的实际景深值，是光学系统设计中的一个重要课题。
根据镜头的其他光学参数进行计算，可以显著缩短项目选型和测试的开发周期，有效提升视觉工程师的实际工作效率。
上述景深计算方法适用于所有具有焦距参数的光学镜头。由于市面上的远心镜头通常在固定工作距离处对焦成像，通常不提供对外的焦距参数，这一点需要特别注意。
那我们究竟该怎么去评估计算远心镜头的景深呢?
远心镜头的景深值并非单一参数决定，而是由光圈、光学倍率、工作波段、像方分辨率等设计参数共同影响的结果。
更重要的是，其实际表现会随搭配不同像元尺寸的相机及不同照明条件而产生显著差异。
因此，仅依赖镜头规格书上提供的景深数据可能不够可靠。
主要原因是制造商通常未明确说明该数据的来源依据——即无法判断是理论计算值还是在特定条件下的实测结果。
这里面还存在两个方向的差异：
1、对容许弥散斑大小的定义，或测试时使用不同规格COMS芯片的定义。
2、景深边界的定义(因为景深是图像逐渐虚化的渐变过程，边界定义很重要)。
远心镜头在项目中可用的景深其实是根据项目不同的检测需求来定义边界的。
一支远心镜头具体能否达到客户实际对图像清晰度下景深边界的定义其实是在特定的取像环境下实际测试来判定的。
三、远心镜头景深测试方法
既然有这么多不确定的因素存在，那我们如何估算相对准确的远心镜头景深数值呢?我们可以参考如下公式来计算：
公式参考
远心镜头景深=WFN*P*K/M*M
WFN为远心镜头的光圈F#
P为相机芯片的像元尺寸，单位微米
K为固定系数
M为远心镜头光学倍率
一般K取值为0.015.这个公式基本适用于市面上机会所有的远心镜头。
我们根据工厂在产的远心镜头，在长期大量实测数据后，我们建议这个K值应该取范围0.008-0.03之间。但因为景深边界定义有所不同，因此这个计算只能当作参考。
对图像质量要求越高，K值越逼近0.008.对图像质量要求越低，K值越逼近0.03.
以上就是今天课程的全部内容啦。关注我们，获取更多光学最新资讯~
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