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远心物镜的测量范围和景深

2021-12-20 11:04| 发布者：Davis| 查看：886| 评论：0|原作者: 小小光08

摘要：本文介绍了远心物镜的测量范围和景深，以及它们受到孔径、相对孔径、像素边长、衍射极限、横向分辨率、光圈数、传感器位置等因素的影响。还介绍了光电混合处理可以扩大纵向测量范围、镜头的景深和焦深的区别以及它们对图像质量的影响。

在横向，物平面的大小2y受到物镜孔径的限制，物面线度和物镜孔径之比为

只有在F数较大时，上式中的近似关系才成立。

为了测量大尺度的物体，就得使用更大孔径的物镜。

远心物镜的价格也是随着孔径增大而非线性的增大。

在纵向，由于主光线平行于光轴，不同物距的目标所对应的放大倍率不变，但实际上只有符合物像关系的目标才能清晰成像，由于离焦效应，在像面前后的像都是模糊的。

由焦深的表达式

上式中，B为焦深对应的弥散斑直径，在衍射极限的情况下，焦深表达式为：

用CCD、CMOS测量时，B=2p，p为像素边长，焦深表达式变为

由于横向分辨率=2p，上式表明纵向测量深度是横向分辨率的F倍，可见在远心测量中，相对孔径较小有利于扩大焦深。

以上三式中，数值孔径NA、像素边长p和光圈数F既可以是像方的值，也可以是物方的响应值，然后可以分别给出像方和物方的焦深。

如果目标处于离焦位置，弥散斑直径B会显著增大。

在弥散斑的结构尚有中心特征的情况下，运用数字图像处理，可以找到弥散斑的中心位置，这样就可以大大扩大纵向测量范围。

假设在弥散斑的一个剖面（x剖面或y剖面）上具有Q个像素，则焦深变为下式：

也就是说，光电混合处理可以使纵向测量范围扩大Q倍，测量范围增大到4QpF。

远心测量系统是典型的光电混合测量。

需要注意的是，由于名称和性质上的相似性，景深与焦深这两个概念常被混淆。

镜头的景深(DOF)是镜头在物体位置靠近和远离最佳焦点时，在无需重调焦距的情况下保持所需图像质量（在指定对比度下的空间频率）的能力。

焦深是静态物体以及传感器为不同传感器位置（包括倾斜）保持聚焦的能力有关。

焦深决定镜头的图像平面与传感器平面本身之间可容忍的翻转与倾斜量。F数越小，焦深就越小，倾斜对达到传感器内最佳焦点所产生的影响会越大。