鏡頭焦距（指鏡頭光學(xué)后主點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離）
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鏡頭焦距
指鏡頭光學(xué)后主點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離
鏡頭焦距是指鏡頭光學(xué)后主點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離，是鏡頭的重要性能指標(biāo)。鏡頭焦距的長(zhǎng)短決定著拍攝的成像大小，視場(chǎng)角大小，景深大小和畫(huà)面的透視強(qiáng)弱。
鏡頭的焦距是鏡頭的一個(gè)非常重要的指標(biāo)。鏡頭焦距的長(zhǎng)短決定了被攝物在成像介質(zhì)（膠片或CCD等）上成像的大小，也就是相當(dāng)于物和象的比例尺。當(dāng)對(duì)同一距離遠(yuǎn)的同一個(gè)被攝目標(biāo)拍攝時(shí)，鏡頭焦距長(zhǎng)的所成的象大，鏡頭焦距短的所成的象小。根據(jù)用途的不同，照相機(jī)鏡頭的焦距相差非常大，有短到幾毫米，十幾毫米的，也有長(zhǎng)達(dá)幾米的。
鏡頭的焦距分為像方焦距和物方焦距。像方焦距是像方主面到象方焦點(diǎn)的距離，同樣，物方焦距就是物方主面到物方焦點(diǎn)的距離。必須注意，由于照相機(jī)鏡頭設(shè)計(jì)，特別是變焦距鏡頭中廣泛采用了望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)，物方焦距與像方焦距是不一定相等的。我們平時(shí)說(shuō)的照相機(jī)鏡頭的焦距是指像方焦距。
基本信息
| 中文名 | 鏡頭焦距 |
| 外文名 | focal length |
| 本質(zhì) | 鏡頭光心到底片的距離 |
| 記號(hào) | f |
分類(lèi)
較常見(jiàn)的有8mm，15mm，24mm，28mm，35mm，50mm，85mm，105mm，135mm，200mm，400mm，600mm，1200mm等，還有長(zhǎng)達(dá)2500mm超長(zhǎng)焦望遠(yuǎn)鏡頭。
鏡頭焦距
鏡頭根據(jù)其焦距的長(zhǎng)短，也即拍攝時(shí)的視角，可分為標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，廣角鏡頭和長(zhǎng)焦距鏡頭等。
標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的視角約50度左右，這是人單眼在頭和眼不轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下所能看到的視角，從標(biāo)準(zhǔn)鏡頭中觀察的感覺(jué)與我們平時(shí)所見(jiàn)的景物基本相同。35mm相機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的焦距多為40mm，50mm或55mm。120相機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距一般為80mm或75mm，相機(jī)片幅越大則標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的焦距越大。而數(shù)碼相機(jī)由于其成像介質(zhì)（CCD或CMOS）有大有小，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的焦距也不一致。為了方便直觀，說(shuō)起DC鏡頭時(shí)經(jīng)常采用等效于35mm相機(jī)的所謂等效焦距，這個(gè)等效就是指視角上的等效。以下就只說(shuō)35mm相機(jī)的鏡頭，其他片幅的相機(jī)以及數(shù)碼相機(jī)可以類(lèi)推。
光學(xué)焦距
焦距，是光學(xué)系統(tǒng)中衡量光的聚集或發(fā)散的度量方式，指平行光從透鏡的光心到光聚集之焦點(diǎn)的距離。亦是照相機(jī)中，從鏡片中心到底片或CCD等成像平面的距離。具有短焦距的光學(xué)系統(tǒng)比長(zhǎng)焦距的光學(xué)系統(tǒng)有更佳聚集光的能力。簡(jiǎn)單的說(shuō)焦距是焦點(diǎn)到面鏡的頂點(diǎn)之間的距離。
單反焦距
如果你在相機(jī)的英文規(guī)格書(shū)上看過(guò)“f=”，那么后面接的數(shù)碼通常就是它的焦長(zhǎng)，即焦距長(zhǎng)度。如：“f=8-24mm，38-115mm(35mm equivalent)”，就是指這臺(tái)相機(jī)的焦距長(zhǎng)度為8-24mm，同時(shí)對(duì)角線的視角換算后相當(dāng)于傳統(tǒng)35mm相機(jī)的38-115mm焦長(zhǎng)。一般而言，35mm相機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦長(zhǎng)約是28-70mm，因此如果焦長(zhǎng)高于70mm就代表支持望遠(yuǎn)效果，若是低于28mm就表示有廣角拍攝能力。
“可對(duì)焦范圍”則是焦長(zhǎng)的延伸，通常分為一般拍攝距離與近拍距離，相機(jī)的一般拍攝距離通常都標(biāo)示為“從某公分到無(wú)限遠(yuǎn)”，而近階段設(shè)計(jì)的產(chǎn)品則往往還會(huì)提供近距離拍攝功能(macro)，以彌補(bǔ)一般拍攝模式下無(wú)法對(duì)焦的問(wèn)題。有些相機(jī)就非常強(qiáng)調(diào)具有支持1厘米近拍的神奇能力，適合用來(lái)拍攝精細(xì)的物體。
焦距，也稱(chēng)為焦長(zhǎng)，是光學(xué)系統(tǒng)中衡量光的聚集或發(fā)散的度量方式，指從透鏡中心到光聚集之焦點(diǎn)的距離。亦是照相機(jī)中，從鏡片光學(xué)中心到底片、CCD或CMOS等成像平面的距離。具有短焦距的光學(xué)系統(tǒng)比長(zhǎng)焦距的光學(xué)系統(tǒng)有更佳聚集光的能力。
相機(jī)的鏡頭是一組透鏡，當(dāng)平行于主光軸的光線穿過(guò)透鏡時(shí)，會(huì)聚到一點(diǎn)上，這個(gè)點(diǎn)叫做焦點(diǎn)，焦點(diǎn)到透鏡中心（即光心）的距離，就稱(chēng)為焦距。焦距固定的鏡頭，即定焦鏡頭；焦距可以調(diào)節(jié)變化的鏡頭，就是變焦鏡頭。（當(dāng)一束與凸透鏡的主軸平行的光穿過(guò)凸透鏡時(shí)，在凸透鏡的另一側(cè)會(huì)被凸透鏡匯聚成一點(diǎn)，這一點(diǎn)叫做焦點(diǎn)，焦點(diǎn)到凸透鏡光心的距離就叫這個(gè)凸透鏡的焦距。一個(gè)凸透鏡的兩側(cè)各有一個(gè)焦點(diǎn)。）
鏡頭焦距
光心（Optical center）：透鏡中的一個(gè)特殊點(diǎn)，凡是通過(guò)該點(diǎn)的光，其傳播方向不變。我們用的照相機(jī)的鏡頭就相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡，膠片（或是數(shù)碼相機(jī)的感光器件）就處在這個(gè)凸透鏡的焦點(diǎn)附近，或者說(shuō)，膠片與凸透鏡光心的距離大至約等于這個(gè)凸透鏡的焦距。
凸透鏡（convex lens）能成像，一般用凸透鏡做照相機(jī)的鏡頭時(shí)，它成的最清晰的像一般不會(huì)正好落在焦點(diǎn)上，或者說(shuō)，最清晰的像到光心的距離(像距)一般不等于焦距，而是略大于焦距。具體的距離與被照的物體與鏡頭的距離（物距）有關(guān)，物距越大，像距越小，(但實(shí)際上總是大于焦距)。
由于我們照相時(shí)，被照的物體與相機(jī)(鏡頭)的距離不總是相同的，比如給人照相，有時(shí)，想照全身的，離得就遠(yuǎn)，照半身的，離得就近。也就是說(shuō)，像距不總是固定的，這樣，要想照得到清晰的像，就必須隨著物距的不同而改變膠片到鏡頭光心的距離，這個(gè)改變的過(guò)程就是我們平常說(shuō)的“調(diào)焦”。
當(dāng)將攝影鏡頭調(diào)整到無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)，其實(shí)是一個(gè)有名無(wú)實(shí)的焦距。在設(shè)計(jì)上，是將透鏡的主平面與底片或成像傳感器的距離調(diào)整為焦距的長(zhǎng)度，然后，遠(yuǎn)離鏡頭的影像就能在底片或傳感器上形成清晰的影像。當(dāng)鏡頭要拍攝比較接近的物體時(shí)，是鏡頭的實(shí)際焦距被改變了。焦距通常使用毫米（mm）來(lái)標(biāo)示，但仍然可能看見(jiàn)一些使用厘米（cm）或英吋標(biāo)示的老鏡頭。視野的大小取決于鏡頭的焦距和底片大小的比例。由于底片最大眾化的是35mm規(guī)格，鏡頭的視野經(jīng)常是根據(jù)這種規(guī)格標(biāo)示的。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鏡頭（50mm）、廣角鏡頭（24mm）、望遠(yuǎn)鏡頭（500mm）視野都是不一樣的。對(duì)數(shù)碼相機(jī)上也是一樣，它們的感光器比一般傳統(tǒng)的35mm底片還要更小，所以相對(duì)的只要更短的焦距，就可以得到相同的影像。
廣角鏡頭
長(zhǎng)焦鏡頭
長(zhǎng)焦距鏡頭適于拍攝遠(yuǎn)距離景物，景深較小，因此容易使背景模糊，主體突出。長(zhǎng)焦距鏡頭通常分為三級(jí)，135mm以下稱(chēng)中焦距，如85mm，視角28度，105mm，視角23度以及135mm，視角18度。中焦距鏡頭經(jīng)常用來(lái)拍攝人像，有時(shí)也稱(chēng)為人像鏡頭。135－500mm稱(chēng)長(zhǎng)焦距，如200mm，視角12度，400mm，視角6度。500mm以上的稱(chēng)為超長(zhǎng)焦距，其視角小于5度，適用于拍攝遠(yuǎn)處的景物。如球場(chǎng)上的特寫(xiě)以及野生動(dòng)物的拍攝，因無(wú)法靠近被攝物，超長(zhǎng)焦距鏡頭就大有用武之地。
主面和焦距
用例
例如8mm魚(yú)眼鏡頭，像方主平面應(yīng)位于焦平面正前方8mm處，但是8mm內(nèi)無(wú)法容納反光鏡、曝光窗、及焦平面快門(mén)的厚度。因此8mm魚(yú)眼鏡頭事實(shí)上采用了前面加負(fù)組光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(也稱(chēng)倒置望遠(yuǎn)結(jié)構(gòu))，使鏡頭能夠安裝在像面定位距比8mm大得多的機(jī)身上去。
同樣，如果是500mm的超長(zhǎng)焦鏡頭，不采用望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)的話，鏡頭就要長(zhǎng)達(dá)500mm以上，使用時(shí)無(wú)疑是十分不便的。望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以使主面遠(yuǎn)在鏡頭之前，大大地減小了鏡頭的長(zhǎng)度。
如何選擇鏡頭
鏡頭是工業(yè)視覺(jué)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分正確地選擇鏡頭是視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的很重要的一環(huán)。這里給大家提供鏡頭選擇的一個(gè)基本思路。
1.工作波長(zhǎng)、變焦與定焦
視覺(jué)系統(tǒng)通常使用環(huán)境是在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，這樣的鏡頭是我們最常用的，也有一些系統(tǒng)比較特殊，使用環(huán)境是在紫外或者紅外波段，需要選用專(zhuān)門(mén)的紫外或者紅外鏡頭。
大多數(shù)視覺(jué)系統(tǒng)的工作距離和放大倍數(shù)是不變的，因此鏡頭焦距也是固定的，但部分系統(tǒng)需要在工作距離變化后保持放大倍數(shù)穩(wěn)定，或者在工作距離不變的情況下獲得不同的放大倍數(shù)，這樣我們需要選用變焦鏡頭。
對(duì)于精密測(cè)量的系統(tǒng)，需要選用遠(yuǎn)心鏡頭，它的特點(diǎn)是：物體在景深范圍內(nèi)移動(dòng)，光學(xué)放大倍數(shù)不變，這就避免了測(cè)試過(guò)程中工作距離的輕微改變導(dǎo)致系統(tǒng)放大倍數(shù)的變化，保證了系統(tǒng)規(guī)定測(cè)量精度。對(duì)于一般的工業(yè)測(cè)量、缺陷檢測(cè)或者定位等，對(duì)物體成像的放大倍率沒(méi)有嚴(yán)格要求，只要選用畸變小的鏡頭，就可以滿足要求。
3.靶面大小與分辨率
鏡頭的選擇要考慮其分辨率要與相機(jī)的像元大小等匹配，這樣設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能充分利用CCD相機(jī)的分辨精度，還能使系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最佳。
通過(guò)系統(tǒng)要求的視場(chǎng)角可以找到對(duì)應(yīng)焦距的鏡頭，而通過(guò)系統(tǒng)提供的分辨率和相機(jī)的像元等參數(shù)，可以利用基本的幾何光學(xué)原理計(jì)算出合適的系統(tǒng)焦距。
下面來(lái)看一個(gè)實(shí)際的鏡頭選型的例子：為視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)選擇鏡頭，已知條件是：相機(jī)靶面為2/3”，像元尺寸為6.45umx6.45um，C-mount，工作距離大于200mm，系統(tǒng)分辨率為0.05mm，光源采用白色LED光源。
第一：因?yàn)椴捎冒咨庠矗钥隙ㄊ瞧胀ǖ目梢?jiàn)光鏡頭。
第二：工作距離不變，分辨率固定，可以知道鏡頭是定焦鏡頭。
第三：相機(jī)的Nyquist頻率為：1000/(2x6.45)=77.5，所選用的鏡頭分辨率應(yīng)該不小于77.5lp/mm，這樣才能保證系統(tǒng)分辨率最佳。
第四：工作焦距計(jì)算：鏡頭放大倍數(shù)為M=6.45/(0.05X1000)=0.13，焦距=工作距離*放大倍數(shù)/（放大倍數(shù)+1）=23mm，選擇25mm焦距的鏡頭。
第五：根據(jù)以上說(shuō)明，我們選擇的鏡頭是：2/3”，C-mount，焦距為25mm，分辨率在80-100lp/mm的工業(yè)鏡頭。
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