工業機器視覺系統廣泛應用于自動化生產、質量控制、物體檢測等領域，而光學原理和鏡頭選擇是確保其精準度和高效性的關鍵因素。

1. 為什么鏡頭的最大光圈處通常成像不佳？

在許多攝影場景中，最大光圈（例如F1.2、F1.8）是用來拍攝低光環境或創造淺景深的，但最大光圈下的成像常常不夠銳利，甚至顯得模糊。為什么呢？這是由于球差和衍射兩個因素。

• 球差：當光圈較大時，透鏡的接收光面很大，光線不能完美聚焦到同一個點上，導致成像不清晰。光圈越大，成像越模糊。
• 衍射：當光圈過小（例如F16或更小）時，光線會發生衍射，即光線在通過小孔時會彎曲，造成成像模糊。雖然光圈變小能增加景深，但細節銳度會下降。

通常，鏡頭在F5.6或F8這樣的中等光圈下表現最為銳利。這是因為光圈既不太大也不太小，能有效平衡光線的聚焦與景深。

2. 為什么有些微距鏡頭不能在遠處對上焦？

微距鏡頭特別適用于拍攝細小物體，如工業部件或實驗室樣品，但它們的對焦范圍與普通鏡頭不同。很多微距鏡頭只能在非常近的距離對焦，無法對遠處物體對焦。原因在于鏡頭的焦距和物距（拍攝物體與鏡頭的距離）之間的關系。

• 物距和像距：焦距是光線聚焦到成像平面的距離。普通定焦鏡頭的焦距不變，物距很大時，像距接近焦距。但對于微距鏡頭，當物體離鏡頭非常近時，物距和像距的關系變得復雜，鏡頭內部的鏡片需要調整才能對焦。

此外，使用接圈（延長法蘭距）時，鏡頭的對焦范圍會變得更小。接圈可以讓鏡頭的焦距變長，使其能在更近的距離對焦，但遠處的物體就無法對焦了。

3. 什么是有限共軛鏡頭和無窮共軛鏡頭？

在機器視覺中，鏡頭的成像方式決定了它的應用范圍：

• 無窮共軛鏡頭：這種鏡頭能夠在無窮遠的物體上形成清晰的影像。常見的手機攝像頭、普通鏡頭等都是無窮共軛鏡頭，它們可以拍攝遠處的物體。
• 有限共軛鏡頭：這種鏡頭僅能在有限的距離內形成清晰的影像，通常用于微距鏡頭。例如，微距鏡頭如“百微”和“105微”可以在非常近的物距和較遠的物距之間切換，適用于精密的工業檢測。

4. 工業中紅光與藍光的使用區別

在工業機器視覺中，紅光和藍光的選擇主要影響圖像的清晰度和細節表現。藍光由于波長較短，能夠捕捉更細致的物體表面細節，適合拍攝微小的物體。紅光在許多情況下，尤其是在減少環境光干擾時，常常被使用，因為它便宜且適合于黑白相機拍攝。

• 紅光的優勢：紅光源的價格較低，且可以有效減少環境雜光對圖像的影響。
• 藍光的優勢：藍光具有較強的解像力，適合在高精度工業檢測中使用，尤其在細節呈現上有顯著優勢。

5. 為什么工業領域很少提到ISO？

ISO是攝影中的一個常見參數，用于調整相機的感光度。在普通攝影中，ISO越高，相機的感光能力越強，但噪點也會增加，影響圖像質量。然而，在工業機器視覺中，這個參數通常被**增益（Gain）**替代。

工業相機通常具有固定的光源和穩定的環境，因此ISO的調整不如普通攝影那么重要。相反，工業相機更多地依賴光圈和快門時間來調節曝光。

6. 為什么光源亮度越高越好？

在工業機器視覺中，高亮度光源有助于提高成像效果，具體好處包括：

• 縮短快門時間：高亮度光源使得相機可以使用較短的快門時間，從而提高圖像采集的速度，適應快速生產環境。
• 減少環境干擾：強光可以有效抑制外部環境光對圖像的影響，確保圖像清晰。
• 增加景深與銳度：較強的光源使得光圈可以縮小，進而增加景深，從而提高圖像的整體清晰度，適用于工業檢測中的精密要求。

7. 什么是單顆像素質量？

在工業視覺中，像素質量直接與傳感器的像素顆粒大小有關。像素顆粒較大的傳感器能夠捕捉到更多的光線，減少像素間的干擾，從而提高圖像的清晰度。相比之下，像素顆粒較小的傳感器容易受到電磁干擾，導致圖像噪點增加，影響成像質量。

例如，某些相機的像素顆粒為5μm×5μm，而手機相機的像素顆粒可能只有1.12μm×1.12μm。較大的像素顆粒能夠提供更高的圖像質量，尤其在要求高精度成像的工業應用中至關重要。

---

總結

通過理解鏡頭的成像原理、光圈的影響、微距鏡頭的對焦原理、光源的選擇等關鍵要素，工業機器視覺系統能夠在復雜的生產和檢測環境中提供高效、精準的圖像處理與分析。光學原理的應用不僅能提高成像質量，還能提升整體生產效率，因此在選擇設備和調節參數時，了解這些基礎知識對提升工業視覺系統的表現至關重要。