27、光学基础与照明技术全解析

光学基础与照明技术全解析

1. 光学成像基础

普通相机镜头无法实现某些特定的放大效果，因为过大的像距会导致图像根本无法聚焦。简单透镜存在多种像差，但现代透镜系统在很大程度上可以对其进行校正。以下是几种常见像差的详细介绍：
- 色差 ：不同波长的光折射程度不同，因此不同颜色的焦距也不同。理论上，简单透镜只能正确聚焦单色光，从而导致图像中出现彩色边缘。即使是经过校正的透镜系统（消色差或复消色差透镜）也只能在选定的波长范围内无像差工作，而不是在整个频率范围内。对于高精度测量任务，单色光更为可取。例如，由于不同波长的差异，色差可能会导致有趣的效果。CCD 传感器对近红外光敏感，在某些情况下，添加红外光可以在不调整镜头设置的情况下提高图像清晰度。
- 球差 ：远离光轴的平行光线与透镜表面的夹角比靠近光轴的光线更倾斜，因此外部光线会被更强烈地折射。通过增加 f 数可以减少这种像差，因为较小的光圈只会允许靠近光轴的光线通过。
- 场曲 ：由于图像实际上是在一个曲面上形成的，因此图像边缘会显得模糊。
- 畸变 ：对矩形网格进行成像时，直线会向外或向内弯曲，且这种弯曲程度会随着与光轴的距离增加而增大。这种效果是由不同成像角度的不同放大比例引起的。典型的畸变值在 0.2% 到 1.0% 之间，这意味着可能会出现多达五个图像像素的偏差。

2. 镜头参数与选择

2.1 法兰后焦距（安装座）

法兰距离或法兰后焦距，通常也称为安装座，是指镜头法兰后部到传感器平面的距离。相机和镜头都有相应的安