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2019-11-01

景深經常被提及,但99%的人不懂它

關於景深的話題,從概念到應用,被討論過多次。它是一個非常重要的參數,在機器視覺的項目應用中反復被提及。但我們發現它也是經常容易被誤解的一個參數。因此,今天要老話重談,希望能幫助大家進一步理解景深,哪怕只是一點點。

為了方便談論景深,我們在這裡把成像過程視為理想成像,即點物成點像。在理想光學系統中,物空間的一個平面,在像空間有且只有一個平面與之共軛,該物平面(對焦平面)上的點在與之共軛的像平面(感光平面)上成點像,在其他像空間的平面上的像只能是一個有一定直徑的圓斑,光學上稱為彌散斑。

我們知道任何的光能接收器都是不完善的,無論是人眼,感光膠片,CCD,CMOS都是具有一定的分辨率,只要彌散斑的直徑足夠小時,接收器就會誤認為其是一個點。所以,可以說該點(實際是直徑足夠小的彌散斑)所在的平面也參與了清晰成像。 

景深的定義就是 

在感光平面上獲得成清晰像的物空間深度。記作:DOF(Depth Of Field)。

 下圖所示,對​​焦平面上的點在感光平面上的像是一個點,而平面1和平面2上的點在感光平面上的像是直徑可接受的彌散斑,該光學系統的景深就是平面1到平面2之間的距離。 

經過公式推導(此處省略,有興趣者可探討)我們給出景深的計算公式:
景深=2 x 有效Fno x 彌散斑直徑÷倍率²


通過公式我們可以看出,光學系統的景深受有效Fno、彌散斑直徑、倍率這三個參數的影響。我們反复講越大的倍率景深會越小;光圈開的越大,說明有效Fno越小,此時景深越小,這兩點對於大家好像比較容易理解。唯獨對彌散斑直徑的爭議不斷。

上面我們說,任何光能接收器都是不完善的,存在一個分辨率,當彌散斑的直徑足夠小時,認為該彌散斑是一點。也就是可接受的清晰成像。在實際工業機器視覺應用中,我們通常不會用人眼去判斷圖像是否清晰,不會通過彌散斑小到被誤認為是點而去判斷圖像的清晰度。而是通過去數究竟有幾個過度像素來判斷圖像是否可接受。如下圖,(A)中從黑到白僅1個過度像素,(B)中從黑到白有3個過度像素。假設在實際項目中,可接受的過度像素是3個,那麼此3個過度像素的長度就作為彌散斑的半徑,此時計算該應用中的景深所用的彌散斑直徑就是2 x 3 x像元尺寸。

文章出處:MORITEX
Tips
總結下來,實際項目應用中的景深,是受多重因素影響的,所以不能簡單武斷的講哪隻鏡頭的景深更大。
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