NEWS CENTER
22
2025
-
10
光学部13：光学镜头的分辨率
分辨率指工业相机传感器上感光单元的数量，它决定图像在像素层面的精细程度。
镜头的作用是通过其像方精度来清晰地呈现细节到这些像元上。
两者能否匹配，是整个成像系统能否达到预期分辨率的关键。
一、分辨率是什么
常常有人谈论“镜头分辨率”，但这其实是一个概念上的误区。
分辨率，严格来说，是工业相机的一项核心参数，而非镜头的光学属性。 它本质上是相机传感器芯片上感光单元(像元)数量的物理体现。
那么，镜头的角色是什么呢?镜头的核心在于它的 “像方精度”。衡量一支镜头是否合适，关键在于它的像方精度能否与所搭配的工业相机(主要看像元尺寸)精确匹配。
决定镜头像方精度的关键因素是多方面的，包括：
光圈 (Aperture, f/#)：控制进光量和景深
光学倍率 (Magnification)：影响成像大小和视场
工作波长 (Wavelength, λ)：光线本身的特性
像差校正水平 (Aberration Correction)：镜头设计制造的精度
二、如何计算
对于一支像差校正优良的镜头，其理论上的最高像方精度(即最小可分辨细节)其实是由一个物理现象设定的极限：衍射效应。
光线通过镜头的孔径会发生衍射，形成一个最小的光斑，称为艾里斑 (Airy Disk)。
艾里斑
艾里斑的直径(即最小光斑大小R)可以用公式近似表示：
R ≈ 1.22 * λ * f/#
其中 λ 是工作波长，f/# 是光圈值。
解读公式 & 重要启示：
这个公式清晰地表明，镜头的理论成像精度上限(艾里斑大小)主要由其工作波长和光圈大小决定。
在常见的可见光应用中，光圈往往是决定性因素：光圈值越大(光圈孔径越小，f/# 数值越大)，艾里斑越大，理论成像精度反而降低。
三、结合实际检测情况
在实际的工业视觉检测项目中，选型镜头和相机的根本依据是项目的检测精度需求。
那么这个精度到底是什么?它和前面讲的“像方精度”有何联系?
项目精度是“物方精度”： 它是指在镜头视野范围内，我们能在被检测物体(实物、工件)本身的物理空间上分辨出的最小尺寸差异，单位通常是毫米(mm)或微米(µm)。
物方精度 = 像方精度 / 光学倍率
这意味着：
相同镜头像方精度下，放大倍率越高(看的物体细节越局部)，检测精度(物方精度)越高。
视野范围(FOV)越大(看更大的区域)，在相同传感器分辨率下，检测精度(物方精度)就会越低。这是物理规律的限制。
那这些跟我们常常听说的MTF，或者分辨率板检测的结果如何对应呢?
MTF是综合评价镜头成像质量(包括分辨率、对比度传递)的专业方法，后续会有专门讲解。
分辨率板测试： 是验证镜头+相机组合在特定条件下实际分辨能力的一种常用手段。它提供的是一个组合体的“极限分辨率”结果，单位常常是线对/毫米 (lp/mm)。
我们就提一下市面上大部分公司都会在镜头规格书里提到的MTF数据怎么和分辨率做换算。
还是遵循上述逻辑，按照工业相机的像元尺寸先来计算镜头的像方MTF数据：
分辨率 (lp/mm) ≈ 1000 / (2 * 相机像元尺寸(mm))
这个公式提供了一种简单估算：
当镜头性能足够好，并且当镜头像方精度恰好与所用相机的像元尺寸合理匹配时，该相机“理论上需要”镜头能够分辨的这个特定频率(lp/mm)。
但是，如果镜头本身因为光圈过大、像差严重等原因导致其实际像方精度远差于该公式计算值，或者相机像元尺寸选择不当，那么这个换算本身是没有实际意义的。
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~
相关资讯
感谢您访问苏州协尔智能光电有限公司官方网站，如有合作意向或建议，请通过以下方式联系我们，我们会尽快给予回复，谢谢！
地址： 苏州市相城区太东路2555号11楼
微信
抖音
公众号
优酷