鏡頭

讓一切正確對焦：找到最適合你相機的鏡頭

A sharp image requires more than just a good camera - only the right lens ensures optimum image quality. Lenses differ not only in resolution, focal length, and size, but also in their design. In the following article, we will show you which lens is suitable for which situation.

1.1 Mount

在相機機與與鏡頭間的介面，就稱為Mount。Mount具有標準大小，並且根據機身內部的螺紋來標示。

C Mount 是機器視覺相機使用最廣泛的接環種類，適用於約 20 mm 的感光元件對角線，即 1.5 英吋。較大的感光元件通常使用 F-mount (或 F bayonet)，但這種接環很少用在工業應用上。對於這類應用，適用於小型感光用件的 CS 和 S Mount鏡頭更加常用。S Mount鏡頭用於 1/2吋、1/3 吋或更小感光元件尺寸。要把 C Mount鏡頭接在 CS Mount機身上，就必須使用一個 5 mm 轉接環。可以反過來用嗎？CS Mount鏡頭不能接在 C Mount相機上。

1.2 成像範圍直徑

相機接環相對於接環大小，只能有條件的推算其成像範圍。「成像範圍」一詞是指光透過鏡頭照射感光元件表面，邊緣不產生任何陰影 (即「周邊暗角」)的區域。

和感光元件尺寸一樣，成像範圍直徑以英吋為單位計算。理想情況下，一個 1/3" C Mount 鏡頭應該安裝在一個具備 1/3" 大小感光元件的相機上。這樣就能最有效率的使用成像範圍。如果同一個鏡頭裝在具備 1/2" 的感光元件上，就會產生周邊暗角。

‍如果使用具有相同焦距的 2/3" 鏡頭和一個 1/3" 感光元件，將不會有任何周邊暗角的問題產生。然而，視角會因而改變。原則上使用更大的鏡頭反而會有額外優勢，因為其成像範圍更大，因此影像從中心到邊緣的銳化更為一致。

在這種情形下，有一大部分的成像範圍未用到，造成金錢的浪費。鏡頭的大小不是重點，影像大小還是由感光元件尺寸來決定。鏡頭愈大，價格就愈貴。使用較小感光元件時，可以適當搭配較小的鏡頭。

2.解析度與畫素尺寸

只有使用高解析度的鏡頭，才能產生高解析度的影像。

要得到非常良好的高解析度影像，不只需要更多的畫素數。鏡頭必須要能夠對應畫素尺寸。鏡頭的解析度以每公釐幾條線對 (line pair) 來表示，即每一公釐可以容納幾條彼此分明的線條。能清晰分辨的線對數愈多，鏡頭的解析度就愈高。

鏡頭自影像中心到邊緣的解析度能力，以 MTF (modualtion transfer function) 曲線來表示。可向製造商詢問鏡頭的 MTF 曲線。計算 MTF 曲線標準，是以一張上有黑白條紋的測試圖卡來進行，條紋的密度會愈來愈精細，可以讀出最大解析度的 lp/mm 數值。

鏡頭解析度可以幫助定出具備一定解析能力的最大像素大小。通常可解析的 MP 數會直接標示在鏡頭規格中。

具備 5MP 解析度的感光元件，就有五百萬個影像點；需要能夠完整解析這五百萬畫素的鏡頭。

側記：百萬畫素 (Megapixel, MP)

許多消費型相機或智慧型手機製造商，在廣告時特別強調其裝置具有高 MP 數。這讓消費者以為更高的 MP 數就表示更高解析度，畫質也愈好。但是如果沒有搭配合適的鏡頭，高 MP 數實際上就沒有作用。高品質鏡頭十分昂貴，因此許多製造商會試圖在此處節省成本。舉例來說，具備 20 MP 相機解析度的智慧型手機，如果只會製造出模糊的影像的話，具備如此高畫素數的感光元件只會讓影像更加模糊。

但是，一台只有 5MP 解析度的數位相機，如果具備高品質的鏡頭，反而會產生更銳利的影像，即使其解析度明顯較低。

對工業影像處理來說，其解析度通常在 VGA (0.3 MP) 到 5 MP 之間。至少對於 C Mount 相機來說，更高的解析度沒有什麼意義，因為個別畫素太小，雜訊會變得太大，無法執行需要的測量與檢測工作。