Voor fotografie-enthousiastelingen of machine vision-beoefenaars is de lens als een menselijk oog. De complexe getallen en termen op de lens - brandpuntsafstand, diafragma, MTF - laten mensen echter vaak duizelen. Deze parameters zijn niet zomaar koude cijfers, ze bepalen gezamenlijk wat je uiteindelijk op de foto ziet. Dit artikel begeleidt je bij het begrijpen van de kernparameters van optische lenzen en ontrafelt de geheimen achter beeldkwaliteit.

1, Basiselementen: brandpuntsafstand, diafragma en scherptediepte

1. Brandpuntsafstand
Brandpuntsafstand, meestal aangeduid met f, is de meest fundamentele identificatie van een lens. Vanuit een optisch principe verwijst het naar de afstand (in millimeters) van het optische centrum van de lens tot het brandvlak. Maar vanuit een praktisch oogpunt bepaalt de brandpuntsafstand twee belangrijke effecten: de kijkhoek en de vergroting.

Korte brandpuntsafstand (groothoek): Kleine numerieke waarde (zoals 16 mm), grote kijkhoek, in staat om een breder tafereel te omvatten, maar verre objecten lijken kleiner. Geschikt voor het fotograferen van landschappen of binnenruimtes met beperkte ruimte.

Lange brandpuntsafstand (telefoto): Met een grote waarde (zoals 200 mm) en een smalle kijkhoek, is het als een telescoop die in en uit kan zoomen op verre objecten. Geschikt voor het fotograferen van sportevenementen of wilde dieren.

Het moet worden opgemerkt dat de grootte van de sensor de werkelijke kijkhoek beïnvloedt. Als bijvoorbeeld dezelfde lens op een camera met APS-C-formaat wordt geïnstalleerd, wordt de kijkhoek smaller omdat de sensor slechts het centrale deel van de afbeelding vastlegt, wat overeenkomt met het vermenigvuldigen van de brandpuntsafstand met 1,5 keer (equivalente brandpuntsafstand).

2. Diafragma
Diafragma is een opening in de lens die wordt gebruikt om de hoeveelheid binnenkomend licht te regelen. De waarde wordt weergegeven door de F-waarde, zoals F1.4, F2.8, F5.6. Hier is een contra-intuïtieve regel: hoe kleiner de F-waarde, hoe groter het diafragma.
Lichtstroom: Hoe kleiner de F-waarde, hoe meer licht er binnenkomt, wat een voordeel biedt bij het fotograferen in omgevingen met weinig licht en hogere sluitertijden mogelijk maakt om handtrillingen te voorkomen.
Diafragmacoëfficiëntreeks: De standaard F-waarde reeks (zoals 1.4, 2, 2.8, 4, 5.6...) heeft een verschil van tweemaal de hoeveelheid binnenkomend licht voor elke twee aangrenzende niveaus. Omdat de hoeveelheid doorgelaten licht omgekeerd evenredig is met het kwadraat van de F-waarde.

3. Scherptediepte
Wanneer je scherpstelt op het onderwerp, is het bereik van duidelijke beelden voor en achter het object de scherptediepte -1-3. De scherptediepte wordt beïnvloed door drie factoren, die ook krachtige hulpmiddelen zijn voor fotografen om vervagingseffecten te creëren:
Diafragma: Hoe groter het diafragma (hoe kleiner de F-waarde), hoe ondieper de scherptediepte (hoe uitgesprokener de achtergrondvervaging); Hoe kleiner het diafragma (grotere F-waarde), hoe dieper de scherptediepte (duidelijke voor- en achterscènes).
Brandpuntsafstand: Hoe langer de brandpuntsafstand, hoe ondieper de scherptediepte; Hoe korter de brandpuntsafstand, hoe dieper de scherptediepte.
Opnameafstand: Hoe dichter de lens bij het onderwerp is, hoe ondieper de scherptediepte.

2, Beeldveld en vervorming: beeldveldhoek en vervorming

4. Beeldveldhoek
Beeldveldhoek verwijst naar de hoek van het tafereel dat de lens kan bestrijken -6 graden. Het is omgekeerd evenredig met de brandpuntsafstand en recht evenredig met de sensorafmeting.
In machine vision kan de horizontale beeldveldhoek (ω H) worden berekend met behulp van de sensorafmeting (h) en de brandpuntsafstand (f): ω H=2 tan ¹ (h/2f) -6. Simpel gezegd, als je een groter bereik op dezelfde afstand wilt zien, heb je een kortere brandpuntsafstand of een grotere sensor nodig.
5. Vervorming
Vervorming verwijst naar de mate van vervorming van een afbeelding, die de scherpte niet beïnvloedt, maar alleen de vorm.
Vaatvormige vervorming: De afbeelding lijkt op een opgeblazen bal die naar buiten uitzet en een rechte lijn die naar buiten buigt. Vaak gezien bij groothoeklenzen.
Kussenvervorming: De afbeelding lijkt op de vier hoeken van een kussen die naar binnen krimpen en rechte lijnen die naar binnen buigen. Vaak gezien bij telefoto lenzen.
Zeer nauwkeurige meetsystemen moeten lenzen met lage vervorming gebruiken, anders is softwarekalibratie vereist.

3, Kernindicatoren van beeldkwaliteit: resolutie en MTF

6. Resolutie
Op het gebied van lenzen verwijst resolutie naar het vermogen van een lens om objectdetails te onderscheiden, gemeten in "lijnparen per millimeter" (lp/mm), wat betekent hoeveel zwarte en witte lijnen per millimeter afstand te onderscheiden zijn.
De resolutie van de lens moet overeenkomen met de pixelgrootte van de camera. Als de resolutie van de lens te laag is, kan de camera, zelfs met hoge pixels, geen details presenteren. Volgens de Nyquist-samplingstelling moet de grootte van de lenslijn ongeveer 2 keer de pixelgrootte zijn.

7. MTF-curve
MTF (Modulation Transfer Function) is het meest wetenschappelijke en uitgebreide hulpmiddel voor het evalueren van de beeldkwaliteit van lenzen. Het is niet zoals een enkele resolutiewaarde die alleen de ultieme resolutie beschrijft, maar weerspiegelt het vermogen van de lens om contrasten over te brengen.
Horizontale as: afstand vanaf het midden van de afbeelding (beeldhoogte).
Verticale as: Contrastrestauratievermogen (1 voor perfecte restauratie, 0 voor volledig verlies).
Interpretatietechniek: Hoe hoger de curve, hoe beter het contrast en de resolutie van de lens; Hoe vlakker de curve, hoe beter de consistentie tussen het midden en de randen van het scherm.

4, Geavanceerde terminologie: Het gaat niet alleen om het maken van foto's

Op het gebied van professionele fotografie of machine vision zijn er ook enkele parameters die cruciaal zijn:
8. Achterste brandpuntsafstand en flensafstand
Achterste brandpuntsafstand verwijst naar de afstand van het oppervlak van de laatste lens van de lens tot het brandpunt, wat -1 is. Bij het vervangen van de lens of het gebruik van een adapterring is het belangrijk om op te letten of de flensafstand (de afstand van het montagevlak tot het brandpunt) overeenkomt. Bijvoorbeeld, bij het installeren van een lens met C-interface (met een flensafstand van 17,526 mm) op een camera met CS-interface, is het noodzakelijk om een ring te installeren.

9. Hoofdlichtstraalhoek
Chief Ray Angle (CRA) verwijst naar de hoek tussen de hoofdstraal die door de lens wordt uitgezonden en de optische as, wat. Om ervoor te zorgen dat het licht soepel wordt opgevangen door de "put" van de sensorpixels, moet de CRA van de lens kleiner of gelijk zijn aan de CRA van de camera, anders zal er kleurafwijking of verdonkering aan de randen van de afbeelding optreden (d.w.z. Color Shading-fenomeen).

10. Telescopische lens
In een gewone lens geldt: hoe dichter een object bij de lens is, hoe groter het beeld. Maar bij precisie metingen is deze perspectief fout niet toegestaan. De telecentrische lens is ontworpen met een speciaal optisch pad om ervoor te zorgen dat de beeldvergroting constant blijft binnen een bepaald objectafstandsbereik, waardoor parallax wordt geëlimineerd en het de voorkeurskeuze is voor zeer nauwkeurige metingen.