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【光學(xué)知識(shí)】鏡頭的對(duì)比度和均勻度是什么

來源：光虎

鏡頭的對(duì)比度和均勻度是什么

我相信大家在日常的攝影或者電腦的使用甚至是看電視的時(shí)候肯定都聽過一些參數(shù)的名字，像對(duì)比度、均勻度、分辨率、畸變率等等，這些一般都是用來描述屏幕或者照片的參數(shù)。在我們的光學(xué)工業(yè)鏡頭中其實(shí)也會(huì)經(jīng)常提到這些參數(shù)名稱，但是其實(shí)這其中的一些參數(shù)跟日常中經(jīng)常接觸的那些概念還是很有不同的。今天就來給大家講講光學(xué)工業(yè)鏡頭中的對(duì)比度和均勻度。

一、對(duì)比度和雜散光

1、對(duì)比度

我們常說的對(duì)比度指的是一幅圖像中明暗區(qū)域最亮的白和最暗的黑之間不同亮度層級(jí)的測量，差異范圍越大代表對(duì)比越大，差異范圍越小代表對(duì)比越小。對(duì)比度對(duì)視覺效果的影響非常關(guān)鍵，一般來說對(duì)比度越大，圖像越清晰醒目，色彩也越鮮明艷麗；而對(duì)比度小，則會(huì)讓整個(gè)畫面都灰蒙蒙的。如下圖所示。

圖1-1-1

而我們也經(jīng)常會(huì)說鏡頭的對(duì)比度高低，但這其實(shí)與屏幕和圖像的對(duì)比度有著一定的不同。想要使圖像看起來輪廓分明，黑色細(xì)節(jié)需要顯示為黑色，白色細(xì)節(jié)需要顯示為白色，所以我們在鏡頭中聊對(duì)比度，主要是關(guān)注其還原現(xiàn)實(shí)形狀和輪廓的能力。簡單來講，對(duì)比度越高的鏡頭在黑白交接處的過渡像素越少，對(duì)測量樣品的準(zhǔn)確度就越高。如果鏡頭的對(duì)比度較低的話，在物體的黑白交界處就會(huì)有不同深度的大量灰色像素，這些灰色像素往往會(huì)干擾視覺檢測的精準(zhǔn)度，使測試結(jié)果不準(zhǔn)確。

圖1-1-2

本圖為差異較大的鏡頭對(duì)比度展示，左側(cè)鏡頭產(chǎn)生的對(duì)比度級(jí)別為12.7%，右側(cè)鏡頭產(chǎn)生的對(duì)比度級(jí)別為22.6%，可以看到左側(cè)的圖像基本上已經(jīng)完全丟失了最深色的信息。

圖1-1-3

本圖為兩款較接近的鏡頭對(duì)比，其中左側(cè)鏡頭的對(duì)比度相對(duì)低一些，可以看到畫面中黑白交界處過度像素較多，畫面看上去“毛茸茸”的。

圖1-1-4（黑白交接處的過度像素）

2、雜散光

鏡頭的對(duì)比度會(huì)受到很多方面的影響，可能是機(jī)械設(shè)計(jì)的問題也有可能使光路設(shè)計(jì)的問題，這里說一個(gè)常見的問題，那就是雜散光的影響。雜散光是一種在光學(xué)系統(tǒng)中有害光，也稱為光學(xué)“噪聲”。這些雜散光可能會(huì)對(duì)正常成像產(chǎn)生影響。隨著對(duì)光學(xué)系統(tǒng)檢測要求的不斷提高，雜散光會(huì)影響光學(xué)系統(tǒng)的性能，降低成像對(duì)比度和圖像質(zhì)量，甚至影響信號(hào)。因此，分析和抑制雜散光的要求逐漸引起人們的關(guān)注，并成為光學(xué)系統(tǒng)中圖像質(zhì)量檢測的必要環(huán)節(jié)之一。

雜散光可能是由有效孔徑內(nèi)的多次反射、機(jī)制反射或有效孔徑外的光反射引起的重影或光斑。這些雜散光可能會(huì)影響正常成像，因此需要進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和適當(dāng)?shù)奶幚怼?/span>

常見的消雜散光的辦法：

（1）更改光學(xué)類型，優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，或優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)

（2）增加消雜光光欄

（3）用螺紋消雜光

圖1-2-1

不止工業(yè)鏡頭，很多鏡頭都有消光螺紋，甚至現(xiàn)在的手機(jī)鏡頭也會(huì)有消光螺紋，主要原因是這種技術(shù)對(duì)加工工藝要求很低，效果又非常不錯(cuò)，可以說是性價(jià)比很高的一種手段。

（4）對(duì)鏡筒內(nèi)壁采用無光發(fā)黑氧化，或者噴無光漆，或貼消光絨毛。

圖1-2-2，圖中鏡頭為光虎TTL18.5-215-380CL

不止鏡頭，很多其他會(huì)參與光學(xué)系統(tǒng)的部件也會(huì)使用無光發(fā)黑氧化工藝，也是一種非常高性價(jià)比的方案。

圖1-2-3

本圖為使用點(diǎn)光源搭配光虎高倍率遠(yuǎn)心鏡頭拍攝的氧化發(fā)黑后的金屬表面，可以看到周圍圖像的四周有暗角，在下一章中會(huì)詳細(xì)解釋這種現(xiàn)象

（5）使用合理的遮光罩

圖1-2-4

（6）透鏡鏡片邊緣涂黑處理

二、均勻度

接下來來說一個(gè)投影儀和鏡頭都會(huì)提到的參數(shù)——均勻度。在投影設(shè)備中。指的是投影儀影像最亮與最暗部分的差異值，一般說來，投影儀最亮的地方會(huì)是畫面中央的部分，最暗的地方為畫面的邊緣；因此當(dāng)均勻度越高，畫面中央到邊緣的一致性就越高，當(dāng)均勻度越低，畫面的明亮不一的情形也更嚴(yán)重，也就是說，均勻度是指從中心到邊緣的亮度分布是否均勻。

而在鏡頭中，均勻度一般指無論是望遠(yuǎn)或望近，鏡頭中心的聚焦跟邊緣的聚焦是基本相同的。成像均勻度主要由鏡頭決定，具有良好成像均勻度的鏡頭，無論在廣角或是長焦端，鏡頭中心的聚焦跟邊緣的聚焦基本相同的，沒有明顯的差別。而質(zhì)量有問題的相機(jī)，照片上會(huì)出現(xiàn)中心比四周亮，也就是暗角現(xiàn)象，同時(shí)畫面顆粒感明顯，這也會(huì)嚴(yán)重影響視覺效果。

圖2-1

本圖中左側(cè)鏡頭均勻度較低，拍攝的圖像越靠近邊緣越發(fā)黑。

除了鏡頭本身的質(zhì)量外，打光也會(huì)影響到鏡頭成像的均勻度。在下圖中可以看到普通遠(yuǎn)心鏡頭和同軸遠(yuǎn)心鏡頭拍攝效果的不同。

圖2-2

光照均勻是同軸設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，可以大幅度降低對(duì)于打光的難度，很多反光強(qiáng)烈的零件要是想用非同軸的光源去拍攝，就需要非常昂貴的光源，而使用同軸設(shè)計(jì)的光源就簡單很多，甚至如果是同軸設(shè)計(jì)的鏡頭只需要簡單的在鏡頭上插入一個(gè)點(diǎn)光源就可以讓光照非常均勻。