click me！

Учебное руководство по выбору линз

Это базовое и краткое руководство, чтобы помочь вам понять некоторые важные термины, включая  размер сенсора и разрешение, глубину резкости (DOF), фокусное расстояние, угол обзора (FOV), число f, пропускание материалов, искажение изображения, функцию передачи модуляции (MTF), сферические аберрации и кому, при выборе оптических линз и объективов камер.


Примечание: Если хотите узнать больше о выборе линз, перейдите по ссылке для просмотра Руководства по выбору линз, чтобы узнать о различных типах линз и их применимости, а также по ссылке Руководства по выбору оптических материалов для изучения свойств материалов.

Размер сенсора и разрешение: Размер сенсора — это ширина (горизонтальная длина) и высота (вертикальная длина) сенсора/детектора, часто измеряется в мм, дюймах или пикселях. Для объективов тепловизионных камер Shalom EO указывает ширину и высоту совместимых детекторов в пикселях. Разрешение — это мера качества изображения, часто выражается в ppi (пикселей на дюйм). Для тепловизионных объективов разрешение даётся в виде размера пикселя (pixel pitch) в микрометрах (μm).


Глубина резкости (DOF):  DOF — это расстояние между ближайшими и дальними объектами, находящимися в чётком фокусе на изображении. Глубина резкости может быть вычислена, если известны фокусное расстояние, расстояние до объекта и допустимый круг рассеяния (CoC, размытие точки вследствие несовершенного фокуса точечных источников света; численное значение CoC — это диаметр допустимого размытия). Обозначим фокусное расстояние как f, расстояние до объекта — u, CoC — c, а число f — n, тогда: DOF = 2u²nc / f².


Фокусное расстояние:  Фокусное расстояние — это расстояние от оптического центра до точки, в которой лучи, параллельные оптической оси линзы, сходятся (фокальная точка). Существует также эффективное фокусное расстояние (EFL), которое измеряется от главной точки до фокальной точки, и заднее фокусное расстояние (BFL) — расстояние от вершины задней поверхности линзы до задней фокальной точки.


Угол обзора (FOV):  Угол обзора — максимальный угол, в пределах которого оптический прибор чувствителен к электромагнитному излучению. Он описывает поле зрения камеры и определяется фокусным расстоянием и размером сенсора детектора. В спецификациях FOV указывается в виде угловых значений. Нажмите здесь, чтобы увидеть формулу расчёта FOV и узнать больше.


Число f:  Число f, иногда называемое диафрагменным числом или относительным отверстием, — это отношение фокусного расстояния к диаметру входной зрачковой апертуры (апертуры). Число f указывает на количество излучения, проходящего через линзу: чем больше число f, тем меньше апертура и, следовательно, меньше света передаётся. Линзы с меньшим числом f обеспечивают более резкое изображение, так как размытие уменьшается при сужении апертуры. Термин «скорость линзы» также относится к числу f.


Пропускание материалов: Важно, чтобы линзы изготавливались из материалов с высоким коэффициентом пропускания для нужного диапазона длин волн. Например, для MWIR тепловизионных линз часто используется германий из-за его широкого спектра оптической прозрачности от 2 до 12 микрон. Термические свойства также важны, так как показатель преломления оптических материалов меняется с температурой, что может привести к расфокусу. Для условий с изменяющейся температурой предпочтительны атермализированные оптические модули. Также стоит учитывать вес материала для чувствительных к массе приложений.


Искажение изображения: Искажение изображения — отклонение от прямолинейной перспективы, проявляющееся в искривлении прямых линий на изображении. Чем больше угол обзора, тем сложнее преобразовать сферическое изображение в прямолинейное. Искажение не влияет на качество изображения, а только на соответствие изображения объекту. Искажение не связано с относительной апертурой, а зависит от угла обзора. Поэтому при использовании широкоугольных линз важно учитывать искажение. Например, объективы «рыбий глаз» имеют значительное искажение. Существуют алгоритмы коррекции искажения, такие как findChessboardCorners, calibrateCamera, initUndistortRectifyMap, remap и др.


Функция передачи модуляции (MTF): MTF — комплексная характеристика способности оптической системы сохранять контраст между парами линий объекта на разных пространственных частотах, где распределение света от объекта рассматривается как синусоидальная функция с определёнными частотами. Чем выше значение MTF, тем лучше камера сохраняет детали сцены на изображении.


Сферические аберрации и кома: Сферические аберрации: возникают из-за различий в оптических путях световых лучей, проходящих через сферическую поверхность линзы. Лучи монохроматического света, падающие на линзу не параллельно оптической оси, фокусируются впереди математической фокальной точки, тогда как параксиальные лучи ближе к оси фокусируются позади неё. Сферические аберрации могут возникать в линзах с одной или несколькими сферическими поверхностями, включая плано-выпуклые и шаровые линзы. Если конус света от точечного источника формирует на фокальной плоскости размытое, кометообразное эллиптическое пятно, возникает аберрация кома, или коматическая аберрация. Кома возникает, когда вершина светового конуса (точечный источник) смещена от оптической оси. Нажмите здесь, чтобы узнать больше о сферических аберрациях и коме.


Хроматическая аберрация: Хроматическая аберрация — неспособность линзы сфокусировать все цвета в одной точке. Она связана с дисперсией: показатель преломления материала линз зависит от длины волны света. Осевая хроматическая аберрация влияет на фокусировку, вызывая разделение цветов или ореолы; а увеличение хроматической аберрации связано с масштабом изображения, вызывая цветовые ореолы и цветовые искажения по краям, известные как эффект «фринджинга». Хроматическая аберрация снижает точность цветопередачи и разрешение изображения. Для коррекции осевой хроматической аберрации используют ахроматические двуллинзы, а для коррекции увеличения хроматической аберрации — линзы из низкодисперсионного или аномального оптического стекла.


Кривизна поля: Кривизна поля, также известная как «изгиб поля» или «кривизна поля Петцваля», — распространённая оптическая проблема. Это явление, при котором плоскость объекта, перпендикулярная главной оптической оси, не формирует плоское изображение, а искривляется в виде вогнутой чашеобразной поверхности. В результате часть плоского объекта кажется резкой только в определённых участках кадра, а не по всему полю изображения. Все оптические линзы имеют базовую кривизну поля, зависящую от показателя прел

Related Articles

Оптические основы: что такое поле зрения (FOV — Field of View) Оптические основы: сферические аберрации и кома

Tags: Учебное руководство по выбору линз