1、變焦和對焦有什么區別？

變焦就是改變鏡頭的焦距（準確說是像距），以改變拍攝的視角，也就是通常所說的把被攝體拉近或推遠。例如18-55mm和70-200mm鏡頭就是典型的變焦鏡頭。焦距越長，視角越窄。

對焦通常指調整鏡片組和底片（傳感器平面）之間的距離，從而使被攝物在CCD/CMOS上成的像清晰。

我們通常說的“調焦”一般指“對焦”。有些人認為定焦鏡頭不能調焦的說法是錯誤的。

2、為什么鏡頭的最大光圈處通常成像不佳，或者說“成像比較肉”？

追求成像的銳利應該是所有鏡頭的追求。鏡頭的光圈值一般從F1.2 - F32不等，例如F1.8 - F16，對于普通的單反鏡頭來說，通常成像最銳利的光圈值是F5.6或者F8，為什么呢？這涉及到2個概念，一個是球差、一個是衍射。

衍射：超小光圈處影響銳利度的因素。

衍射（diffraction）是指波遇到障礙物時偏離原來直線傳播的物理現象。在經典物理學中，波在穿過狹縫、小孔或圓盤之類的障礙物后會發生不同程度的彎散傳播。

與之相關的概念有愛里斑、瑞利判據，感興趣的可以自行搜索，在此不再展開。

球差：大光圈處影響銳利度的因素。

我們通常看到的透鏡成像的簡化圖中，平行光通過透鏡以后匯聚于一點，這點叫做焦點，其實真實的情況并非如此。如下圖所示：

光線既然不能完美匯聚，也就不可能產生銳利的成像。當光圈大（光圈F值小）的時候，透鏡接收光的圓面很大，于是光線的匯聚處會非常分散，造成成像不銳利。當光圈縮小的時候，透鏡接收光的圓面很小，這時候光線經過透鏡以后，匯聚處相對來說更集中一些，這樣成像也就更加銳利了。

當然一般來說對焦不會非常準確，光圈小的時候景深更深，也會顯得更銳利，但這是后話了。

當然，對于實際的鏡頭來說，鏡頭內部的鏡片是很復雜的，可能有幾片甚至十幾片鏡片，有些鏡片的材質還較為昂貴，例如螢石，它們的主要作用其實就是改善鏡頭的光學素質，校正各種球差、彗差、色散、畸變等等。

3、為什么有些微距鏡頭不能在遠處對上焦？

這就要從成像的最基本公式講起了。

u是物距，v是像距，F是焦距。

（圖中 U = u，V = v，OF = F）

大家都有手機吧，用手機拍照的都知道，手機能對無窮遠處（很遠處）對上焦，例如你可以對半米遠的茶杯對焦，也可以對50米外的高樓對上焦。

但是有些定焦微距鏡頭卻不可以，例如它只能對10厘米處的物體對焦，在其他距離上都不能對上焦。這是為什么呢？

我們看上面的公式：當物距（u）很大的時候，1/u接近于0，此時焦距約等于像距。也就是說此時焦點和像面（底片）重合。

焦距的定義是：指平行光入射時從透鏡光心到光聚集之焦點的距離。

我們通常認為定焦鏡頭的焦距不變，這種說法當然沒有什么問題，但值得注意的是：焦距是在平行光入射的情況下定義的。另外一種準確的說法是：定焦鏡頭像距不變、視角不變。

普通定焦鏡頭可以認為焦距不變。例如50mm ?F1.8， 它的最近對焦距離是450mm，物距比450mm小一點點。根據上面的公式，此時1/u就非常小了，可忽略，此時v≈F，即焦點落在像面上。可認為焦距基本不變。

但是對于佳能“百微”和尼康“105微”這樣的微距鏡頭來說，最大放大比例是1倍，此時對焦距離就很近了，此時相對于焦距來說，1/u就不可以忽略了，這時算出來的實際的透鏡焦點到光心的距離就不等于之前的焦距了。

對于“百微”和“105微”這樣的鏡頭來說，由于其極特殊的光學結構，既可以在無窮遠處合焦，也可以在很近的“不同”位置合焦。這是靠移動鏡頭內部的多組鏡片組實現的。

說了這么多，還是沒有解釋為什么有些微距鏡頭只能在確定的位置對焦啊。為了簡化問題且易于理解，我以單反加裝近攝接圈為例，很多玩單反的微距愛好者由于囊中羞澀應該都買過近攝接圈進行微距創作，如果是50mm定焦鏡頭加近攝接圈，那么鏡頭的合焦距離就是一個確定的距離。如果是18-55mm變焦鏡頭加近攝接圈，那么鏡頭的合焦活動范圍就是很小的一段距離。為什么呢？

插一句，接圈是什么？接圈就是一截接口處有螺紋或者卡口的鋼管。好比你想夠到高處的東西，所以你踩在一個凳子上面，腳底到地面的距離強行拉大了。接圈就相當于凳子。

說到接圈這又涉及到一個概念——法蘭距。法蘭距就是鏡頭卡口到相機底片的距離。那么你接了一個接圈就相當于強行拉長了法蘭距。

還是看之前的公式：

由于你強行拉長了法蘭距，像距v必然變大很多。而焦點到光心的距離F基本變化不大，所以像距u會大大較小。假設加了接圈以后，像距v = 2F ，那么此時u = 2F ,也就是只有物距等于2F的時候才能完美合焦。這就解釋了為什么有些微距鏡頭不能在無窮遠處對焦。也解釋了，為什么變焦鏡頭加了接圈以后合焦活動范圍有很小的一段距離，而不是固定的距離。（因為變焦鏡頭的焦距變化范圍大一些）

4、什么是有限共軛鏡頭，什么是無窮共軛鏡頭？

我們在數學里學過共軛復數，共軛根，由此可知共軛指的是某種互相對應的2個點或者兩個元素。像點和物點就是一組共軛點。又涉及到兩個亂七八糟的概念叫做入瞳和出瞳，在此不展開。

無窮共軛鏡頭的意思是：像點對應的物點在無窮遠處（可以理解為很遠處）。

例如這種：

有限共軛鏡頭：像點對應的物點只能在有限的距離內。如下所示：

很明顯，手機攝像頭、普通鏡頭都是無窮共軛鏡頭，而工業微距鏡頭大多是有限共軛鏡頭，像“百微”、“105微”這樣的奇葩，既可以是無窮共軛鏡頭，又可以使有限共軛鏡頭。

5、工業中，紅光和藍光使用上有什么區別？

這需要分兩個方面來講。

解像力方面：藍光由于波長更短，衍射效應更弱，因此刻畫細節的能力更強，拍攝微小的物體，藍光是首選。而紅光呢，黑白CCD對紅光更敏感，但其實這優勢并不大，或許在需要盡量減輕環境光干擾的時候，有一點作用。（后面可以知道，紅光源的優勢是價格比藍光源便宜一些）

拍攝彩色物體方面：很多人認為區分彩色物體一定需要彩色相機，其實不然。

對于一幅RGB彩色圖，轉為有明暗變化的灰度圖時，遵循的公式通常是這樣的：

結果亮度灰階值 = 30%紅色 + 59%綠色 + 11%藍色

也就是說，不同顏色的物體轉為灰色時，亮度是不一樣的。更神奇的是，當你給物體打某種顏色的光的時候，再用黑白相機拍，得到的灰度圖片又不一樣。如下圖所示：

有人說，你費這么大勁干嘛，用彩色相機拍不就得了？首先不同相機價格差異因素是一方面，更重要的是，黑白圖片的數據量只有彩色圖片的1/3，這種差異就會體現在圖像處理的速度上。生產速度對于工業生產來說是極為重要的。

規律大致可以總結如下：用紅色光給彩色物體打光，然后用黑白相機拍攝，物體紅色的部分變成亮白色，物體白色部分變成淺灰色，跟紅色差異大的顏色則變成暗黑色，黑色還是黑色。（具體轉換公式不詳）

還有一點需要注意的是，紅色光源通常要比藍色光源便宜。紅色LED光源制作簡單，早就發明了出來，而藍色LED的研制則晚了許多，2014年的諾貝爾物理學獎授予了3位曾經在藍光LED研制方面做出卓越成就的科學家，由此可見一斑。

6、為什么工業領域絕口不提ISO這個參數？

做工業機器視覺的工程師一般都知道光圈、快門（曝光時間），但你要問他什么是ISO，他多半不知道。工業機器視覺領域有沒有ISO這個參數呢？有的，只不過換了個名字，叫做gain（增益），這個參數一般沒人調它，一般也不用調。

光圈、快門時間、ISO是取得合適曝光的三駕馬車，三者互相合作也互相制約。ISO通常取值為100-3200。

通常ISO越高，相機感應光的能力越強，相應的噪點也越多，畫質也越差。對于每一個攝影師來說，絕大多數情況下，他都希望把ISO固定在100，因為這可以獲得最純凈的畫面，但這幾乎是不可能的。因為在暗光環境下，ISO太低，只能強行調大光圈，但是光圈是有限的，因此只能增加快門時間，但是快門時間一長，手持拍攝必然糊片。

但是在工業領域一般不存在這個問題（或者說這個問題是次要問題），一是因為工業相機一般不動，曝光時間很長也不會糊片，另外，工業視覺設備光源自帶，幾乎不存在暗光環境。

7、為什么是光源的亮度越高越好？

高亮度光源至少有這些好處：光源亮度高，快門時間就能降下來，有可能可以提高采圖速度；其次光源亮度高，可以大大減輕環境雜光的影響；另外，光源亮度高，可以將光圈縮小，而通常縮小光圈可以得到更銳利的畫面和更大的景深，這些對于機器視覺系統來說是極為重要的。所以選擇光源的時候，光源亮度越高越好。

8、什么是單顆像素質量？

單顆像素指的是傳感器上的一顆像素，單顆像素質量通常直接和像素顆粒的大小有關。例如有的相機的像素顆粒是5um × 5um，而很多手機的像素顆粒大小是1.12um × 1.12um，或者1.3um × 1.3um，這個數值越大，表明單顆像素質量越好。

主要原因是，像素之間存在電訊干擾，像素顆粒越小，那么相當于相鄰像素的間距越小，那么越容易產生相互干擾，帶來的結果是畫質純凈度的下降。

好比一個小廣場有1000個大媽在跳廣場舞，每個人只分到1㎡的空間，這么擠大媽們很可能要干架，但是如果只有10個大媽在跳廣場舞，那么就寬敞舒服多了，說不定跳完廣場舞還可以擺3張桌子打打斗地主，當然剩下一個可以等輪換。

編輯：黃飛

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