摄像机镜头的光学特性

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1、摄像机镜头的光学特性第一章摄像机变焦镜头的功能1.基本原理和结构2.变焦和视角的变化3.景深和焦深第二章摄像机变焦镜头的光学特性1.画面尺寸2.焦距3.视角和视野4.变焦比5.影像亮度(光阑指数和T制光阑)6.斜波(光阑指数降)7.最小物距8.后基距，后焦距和后截距9.镜片补偿10.出射光瞳11.相对照度12.分解力和调制传递函数(MTF)13.色差14.赛徳尔偏差15.超近拍摄机构16.扩展器机构第一章摄像机变焦镜头的功能1.基本原理和结构变焦镜文能在保持聚焦的同时使焦距连续变化，相应地，图像的大小也在连续变化。用单镜头时，要改变图像的

2、大小，只能改变物体到镜头的距离，然而这样的话，图像的位置也变了。如困把两个能连续移动的镜头配合来使用，那么在改变图像大小的同时，仍能保持聚焦(见图1)。电视摄像机变焦镜头的结构很复杂，但基本原理就是移动透镜系统的一分以改变图像大小，由此而帶来的散焦通过移动透镜系统的另一部分加以补偿。基本型式如图2和图3所示。图1.双透镜变焦镜头的结构图2所示结构的镜文中各透镜组的功能如下：1.聚焦组聚焦组的作用是把物体拉进焦区內。2.变焦组用来改变图像的大小。3.补偿组与变焦组联动，能修正焦点的沶移。镜组1-3是变焦镜头的核心，称变焦单元。4.正像镜组通

3、过这组透镜使聚焦单元形式的图像平行于光轴，鏡组1到4又被称为远焦系统。5.中继镜组由于远焦镜组不能汇聚光线，因而在它的后面安裝中继镜组使物体在特定的范围里成像。为了在变焦过程中得到清晰的图像，必須对变焦镜文的偏差加以适当修正。来自物体的光线通过各组透镜时，光路非常复杂并随调焦而变化。在总焦距內，各组透镜內出现的误差必須尽可能小。在各自鏡组內未能修正的偏差在不同的鏡组之间得到平衡以抵消误差。电路摄像机的变焦镜头通常由一系列透镜组合而成以修正误差，透镜的数量比其他形式的照相机要多。设计变焦镜头需要很强的光程跟踪和性能评定能力，这就必須采用专有

4、的计算机辅助设计和计算机光学模拟技术。能满足最新型电视摄像机的质量和性能要求的镜头，必須在具有坚实的设计、制造的技术的基础上，才能生产出来。2.变焦和视角的变化变焦镜头的拍摄范围可以通过调节焦距而改变。短焦距的鏡头(广角镜头)有宽的视角。用广角镜头拍摄到的图像，由于远的和近的景物同时被摄人，所以大好的景深透视感。与此相反，长焦距的镜头(望远镜头)视角小，物体显得大。这可用来把远处的物体放大在固定的取景框里得到大的图像。望远镜头因景深透视效果低，只能得到一个比较平面的图像。3.景深和焦深透镜光轴上的物体在成像面上成像。一定大小的物体显现在成

5、像面上，好象把出现在聚焦点前后某一范围內的物体都聚了焦。相应地，如果成像面上散焦区在某一尺寸之內，那在人眼看来就都是焦点清晰的。这个区域的直径被称为容许模糊圈。(请参见图5)在电视摄像机镜头中，容许模糊圈的直径可由扫描线的宽度大致决定，从而也与图像尺寸有并，还受机器性能和操作条件的影响。在光轴上出现在像前后一定区域內，其散焦程度小于容许模糊圈，这段距离叫做焦深。同焦深相对应的景物的尺寸范围，称为景深。景深之內的物体，都会显现在焦点上。景深有下列性质：1.随光阑指数的增大而增大。2.随焦距的增大而减小。3.景物越远，景深越大。4.景深在物体

6、后面的部分大于前面的部分。景深可由下面公式计算：设F=透镜的焦距，FNo.=光阑指数，δ=容许模糊圈，L=物距：第二章摄像机变焦镜头的光学特性1.画面尺寸镜头把影像成在圓形的区域里，这个圓形区域叫像圈。在电视摄像机里，摄像器件用一个矩形的敏感区(图像尺寸)检测产生在线圈里的影像。摄像机有好几种类型的掫像器件，图像尺寸也不一样，有一系列变焦镜头与之匹配。电视画面中水平长度与垂直高度之比叫高宽比，这个比例在普通的电视广播中是4:3(H:V)，在高清晰度电视(HDTV)中是16:9(H:V)。图6.图像尺寸2.焦距平行入射光通过凸透镜后汇聚在光

7、轴上的一点，焦点到光心的距离就是焦距。对单个的薄透镜，焦距等于其几何中心到焦点的距离。图7.焦距3.视角和视野视角就是能夠从透镜中得到确定影像的这样一个范围，通常用角度表示，一般测量视角时假定透镜焦在无限远处。知道了焦距和像高可计算出视角。如果物距确定，那就不用视而用视野，即实际能拍摄到的轮廓尺寸。注：变焦镜头的焦距在聚焦镜组移动时伝有少许变化，物距(l)是从透镜的几何中心起测，由于这些原因，用上面公式计算出的结果，当物距较小時，会帯有一定的误差。Fujinon视野计算器是一组滑动标尺，公式的计算值都能在上面找到，使用户不用繁琐的计算就能

8、得到视野和视角的值，并很容易的换算到不同图像尺寸。4.变焦距变焦心即是变焦镜头在最远和最近两端的焦距比。变焦镜头在物体不动的情况下能使显示器里的影像改变多大幅度，取决于变焦比。5.影像亮度(光