1.變焦與(yu) 對焦

變焦就是改變鏡頭的焦距（準確說是像距），以改變拍攝的視角，也就是通常所說的把被攝體(ti) 拉近或推遠（點擊鏈接參考前文《景深與(yu) 測量》）。例如18-55mm和70-200mm鏡頭就是典型的變焦鏡頭。焦距越長，視角越窄（點擊鏈接參考前文《鏡頭角度和拍攝距離計算表》）。

對焦通常指調整鏡片組和底片（傳(chuan) 感器平麵）之間的距離，從(cong) 而使被攝物在CCD/CMOS上成的像清晰。

我們(men) 通常說的“調焦”一般指“對焦”。有些人認為(wei) 定焦鏡頭不能調焦的說法是錯誤的。

2.光圈與(yu) 銳度

追求成像的銳利應該是所有鏡頭的追求。鏡頭的光圈值一般從(cong) F1.2-F32不等，例如F1.8-F16，對於(yu) 普通的單反鏡頭來說，通常成像銳利的光圈值是F5.6或者F8，為(wei) 什麽(me) 呢？這涉及到2個(ge) 概念，一個(ge) 是球差、一個(ge) 是衍射（點擊鏈接參考前文《像差基礎概述》）。

衍射，超小光圈處影響銳利度的因素。

衍射（diffraction）是指波遇到障礙物時偏離原來直線傳(chuan) 播的物理現象。在經典物理學中，波在穿過狹縫、小孔或圓盤之類的障礙物後會(hui) 發生不同程度的彎散傳(chuan) 播。與(yu) 之相關(guan) 的概念有愛裏斑、瑞利判據等。

球差，大光圈處影響銳利度的因素。

我們(men) 通常看到的透鏡成像的簡化圖中，平行光通過透鏡以後匯聚於(yu) 一點，這點叫做焦點，其實真實的情況並非如此，如下圖所示。

光線既然不能完美匯聚，也就不可能產(chan) 生銳利的成像。當光圈大（光圈F值小）的時候，透鏡接收光的圓麵很大，於(yu) 是光線的匯聚處會(hui) 非常分散，造成成像不銳利。當光圈縮小的時候，透鏡接收光的圓麵很小，這時候光線經過透鏡以後，匯聚處相對來說更集中一些，這樣成像也就更加銳利了。一般來說對焦不會(hui) 非常準確，光圈小的時候景深更深，也會(hui) 顯得更銳利。

對於(yu) 實際的鏡頭來說，鏡頭內(nei) 部的鏡片是很複雜的，可能有幾片甚至十幾片鏡片，有些鏡片的材質還較為(wei) 昂貴，例如螢石，它們(men) 的主要作用其實就是改善鏡頭的光學素質，校正各種球差、彗差、色散、畸變等等。例如EF 200mm f/2L IS USM鏡頭如下圖所示。

3.微距鏡頭與(yu) 遠處對焦

其中，p是物距，p’是像距，f是焦距。

以手機拍照舉(ju) 例，你可以對半米遠的茶杯對焦，也可以對50米外的高樓對上焦。但是有些定焦微距鏡頭卻不可以，例如它隻能對10厘米處的物體(ti) 對焦，在其他距離上都不能對上焦。從(cong) 上麵的公式可知，當物距（p）很大的時候，1/p接近於(yu) 0，此時焦距（平行光入射時從(cong) 透鏡光心到光聚集之焦點的距離）約等於(yu) 像距。也就是說此時焦點和像麵（底片）重合。

我們(men) 通常認為(wei) 定焦鏡頭的焦距不變，但值得注意的是焦距是在平行光入射的情況下定義(yi) 的。另外一種準確的說法是定焦鏡頭像距不變、視角不變。

普通定焦鏡頭可以認為(wei) 焦距不變。例如50mm F1.8，它的近對焦距離是450mm，物距比450mm小一點點。根據上麵的公式，此時1/p就非常小了，可忽略，此時p’≈f，即焦點落在像麵上。可認為(wei) 焦距基本不變。但是對於(yu) 佳能“百微”和尼康“105微”這樣的微距鏡頭來說，大放大比例是1倍，此時對焦距離就很近了，此時相對於(yu) 焦距來說，1/p就不可以忽略了，這時算出來的實際的透鏡焦點到光心的距離就不等於(yu) 之前的焦距了。對於(yu) “百微”和“105微”這樣的鏡頭來說，由於(yu) 其極特殊的光學結構，既可以在無窮遠處合焦，也可以在很近的“不同”位置合焦。這是靠移動鏡頭內(nei) 部的多組鏡片組實現的。

以單反加裝近攝接圈（如下圖所示，用於(yu) 拉長法蘭(lan) 距，即鏡頭卡口到相機底片的距離）為(wei) 例，如果是50mm定焦鏡頭加近攝接圈，那麽(me) 鏡頭的合焦距離就是一個(ge) 確定的距離。如果是18-55mm變焦鏡頭加近攝接圈，那麽(me) 鏡頭的合焦活動範圍就是很小的一段距離。

還是看之前的公式如下圖所示。

由於(yu) 強行拉長了法蘭(lan) 距，像距p’必然變大很多。而焦點到光心的距離f基本變化不大，所以像距p會(hui) 大大較小。假設加了接圈以後，像距p’=2f，那麽(me) 此時p=2f，也就是隻有物距等於(yu) 2f的時候才能完美合焦。所以有些微距鏡頭不能在無窮遠處對焦，變焦鏡頭加了接圈以後合焦活動範圍有很小的一段距離，而不是固定的距離。（因為(wei) 變焦鏡頭的焦距變化範圍大一些）

4.無窮共軛鏡頭與(yu) 有限共軛鏡頭

共軛指的是某種互相對應的2個(ge) 點或者兩(liang) 個(ge) 元素，像點和物點就是一組共軛點。又涉及到兩(liang) 個(ge) 概念叫做入瞳和出瞳，在此不展開。

無窮共軛鏡頭，像點對應的物點在無窮遠處（可以理解為(wei) 很遠處），如下圖所示。

有限共軛鏡頭，像點對應的物點隻能在有限的距離內(nei) ，如下圖所示。

一般來說，手機攝像頭、普通鏡頭都是無窮共軛鏡頭，而工業(ye) 微距鏡頭大多是有限共軛鏡頭，像“百微”、“105微”這樣的奇葩，既可以是無窮共軛鏡頭，又可以使有限共軛鏡頭。

5.紅光與(yu) 藍光

解像力方麵，藍光由於(yu) 波長更短，衍射效應更弱，因此刻畫細節的能力更強，拍攝微小的物體(ti) ，藍光是首選。而紅光呢，黑白CCD對紅光更敏感，但其實這優(you) 勢並不大，或許在需要盡量減輕環境光幹擾的時候，有一點作用。此外，紅光源的優(you) 勢是價(jia) 格比藍光源便宜一些。

拍攝彩色物體(ti) 方麵，很多人認為(wei) 區分彩色物體(ti) 一定需要彩色相機，其實不然。對於(yu) 一幅RGB彩色圖，轉為(wei) 有明暗變化的灰度圖時，遵循的公式通常是這樣的，結果亮度灰階值=30%紅色+59%綠色+11%藍色。也就是說，不同顏色的物體(ti) 轉為(wei) 灰色時，亮度是不一樣的。並且，當你給物體(ti) 打某種顏色的光的時候，再用黑白相機拍，得到的灰度圖片又不一樣，如下圖所示。

這裏不使用彩色相機的原因是，首先不同相機價(jia) 格差異因素是一方麵，更重要的是，黑白圖片的數據量隻有彩色圖片的1/3，這種差異就會(hui) 體(ti) 現在圖像處理的速度上。生產(chan) 速度對於(yu) 工業(ye) 生產(chan) 來說是極為(wei) 重要的。規律大致可以總結如下，用紅色光給彩色物體(ti) 打光，然後用黑白相機拍攝，物體(ti) 紅色的部分變成亮白色，物體(ti) 白色部分變成淺灰色，跟紅色差異大的顏色則變成暗黑色，黑色還是黑色（點擊鏈接參考前文《光與(yu) 色覺》）。

還有一點需要注意的是，紅色光源通常要比藍色光源便宜。紅色LED光源製作簡單，早就發明了出來，而藍色LED的研製則晚了許多，2014年的諾貝爾物理學獎授予了3位曾經在藍光LED研製方麵做出卓越成就的科學家，由此可見一般（點擊鏈接參考前文《機器視覺照明技巧》）。

6.工業(ye) 領域與(yu) ISO參數

光圈、快門時間、ISO是取得合適曝光的三駕馬車，三者互相合作也互相製約。ISO通常取值為(wei) 100-3200。ISO這個(ge) 參數在工業(ye) 機器視覺領域被換了個(ge) 名字，叫做gain（增益），這個(ge) 參數一般不用調。

通常ISO越高，相機感應光的能力越強，相應的噪點也越多，畫質也越差。對於(yu) 每一個(ge) 攝影師來說，絕大多數情況下，他都希望把ISO固定在100，因為(wei) 這可以獲得純淨的畫麵，但這幾乎是不可能的。因為(wei) 在暗光環境下，ISO太低，隻能強行調大光圈，但是光圈是有限的，因此隻能增加快門時間，但是快門時間一長，手持拍攝必然糊片。但是在工業(ye) 領域一般不存在這個(ge) 問題（或者說這個(ge) 問題是次要問題），一是因為(wei) 工業(ye) 相機一般不動，曝光時間很長也不會(hui) 糊片，另外，工業(ye) 視覺設備光源自帶，幾乎不存在暗光環境。

7.光源與(yu) 亮度

首先，光源亮度高，快門時間就能降下來，有可能可以提高采圖速度。其次，光源亮度高，可以大大減輕環境雜光的影響。另外，光源亮度高，可以將光圈縮小，而通常縮小光圈可以得到更銳利的畫麵和更大的景深，這些對於(yu) 機器視覺係統來說是極為(wei) 重要的。所以選擇光源的時候，光源亮度越高越好。

8.單顆像素質量

單顆像素指的是傳(chuan) 感器上的一顆像素，單顆像素質量通常直接和像素顆粒的大小有關(guan) 。例如有的相機的像素顆粒是5um×5um，而很多手機的像素顆粒大小是1.12um×1.12um，或者1.3um×1.3um，這個(ge) 數值越大，表明單顆像素質量越好。主要原因是，像素之間存在電訊幹擾，像素顆粒越小，那麽(me) 相當於(yu) 相鄰像素的間距越小，那麽(me) 越容易產(chan) 生相互幹擾，帶來的結果是畫質純淨度的下降。