光学镜头的主要参数

公式中，λ为中心波长，单位为毫米。可见，理想镜头的分辨率完全由相对孔径所决定，相对孔径越大，F/#越小，分辨率就越高。按此公式决定的只是视场中心的分辨率，在视场边缘，由于成像光束的孔径角比轴上点小，因此分辨率有所降低。

实际的摄影镜头，由于有比较大的剩余像差，其分辨率要比理想镜头的分辨率低得多。因此，通常使用调制传递函数（MTF：Modulation Transfer Function）来表征镜头的实际分别率。调制传递函数MTF定义为在一定空间频率时像面对比度与物面对比度之比，这里空间频率以单位毫米内的线对数来表示，其单位为lp/mm。对于一个镜头，不同的空间频率处的MTF是不同的，一般来说，随着空间频率的增大，MTF越来越小，直至为零，MTF为零时的空间频率称为镜头的截止频率。一些镜头厂家为了表示方便，通常也以镜头的截止频率来替代MTF，用以表示镜头的分辨率。

在实际工业应用中，系统使用面阵或线阵传感器作为成像器件，因此系统的分辨率通常也会受到成像传感器中像元分辨率的限制。像元分辨率定义为单位毫米内像素单元数的一半，即NF-1/2p，其中p为像素单元的尺寸大小，例如一个CCD的像元尺寸大小为5×5微米，则像元分辨率则为：

传感器的像元分辨率限制了系统的最高分辨率，即使镜头的分辨率再高，系统也不可能分辨高于像元分辨率的细节。然而在实际使用中，由于景深的存在，为了使镜头偏离对准面仍然能够成像清晰，因此，在选择镜头时，通常要求镜头分辨率要略高于像元分辨率，这样才能使系统的分辨率达到传感器所限制的最高分辨率。

畸变

对于理想光学系统，在一对共轭的物像平面上，放大率是常数。但是对于实际的光学系统，仅当视场较小时具有这一性质，而当视场较大或很大时，像的放大率就要随着视场而异，这样就会使像相对于物体失去相似性。这种使像变形的成像缺陷称为畸变。

畸变定义为实际像高y ' 与理想像高y0 ' 之差y ' -y0 ' ，而在实际应用中经常将其与理想像高y0 ' 之比的百分数来表示畸变，称为相对畸变，即

有畸变的光学系统，若对等间距的同心圆物面成像，其像将是非等间距的同心圆。当系统具有正畸变时，实际像高y ' 随视场的增大比理想像高y0 ' 增大得快，即放大倍率随视场的增大而增大，则同心圆的间距自内向外逐渐增大；反之，当为负畸变时，圆的间距自内向外逐渐减小。若物面为如图3（a）所示的正方形网格，那么，由正畸变的光学系统所成的像呈枕形，如图3（b）；由负畸变光学系统所成的像呈桶形，如图3（c）。图中虚线所示是理想像。

图3.畸变

畸变在光学系统中只引起像的变形，对像的清晰度并无影响。因此，对于一般的光学系统，只要感觉不出它所成像的变形，这种成像缺陷就无妨碍。但是对于某些要利用像来测定物体大小尺寸的应用，畸变的影响就非常重要了，它直接影响测量精度，必须予以严格校正。