第九讲光学镜头的特性与艺术表现
第三节：光学镜头的艺术表现力
第三节光学镜头的艺术表现力导语：光学镜头是电视摄像机的重要部件，如何运用不同焦距的镜头以及变焦距方式完成各种拍摄方式是每一个电视工作者必须掌握的技术。
镜头焦距的变化直接决定着镜头视角的变化长焦距镜头水平视角较窄、画面景身小通过焦距的变化可以形成某种推拉的效果先谈长焦距镜头：长焦距镜头在表现运动物体时有两个重要特征，对横向运动物体表现动感强，对纵向运动物体表现动感弱。
长焦距镜头还有压缩纵向空间的特点（北京建国门立交桥）通过变动镜头把广角调至长焦，我们可以看到远处的城门楼被拉近，这是长焦距镜头的远调功能。
长焦距镜头可以将距离很大的物体拍摄成较大的影像，这是长焦距镜头如同望远镜的望远效果。
特别是在远离被摄体的情况下容易抓拍偷拍而不易被发现的效果。
拍水鸟（从长焦距调至广角）用长焦镜头拍人物面部特写能正确反映出五官比例，如用广角拍摄，容易因机变而形成某种形式的现象。
利用长焦距镜头景身范围小的特点，通过调整镜头焦点形成画面影像清晰点的转移。
不将焦点调到被摄物体上，形成一种虚光点，也是一种美化画面的方法，这种镜头在长焦镜头上才能实现，把镜头拉开在广角镜头上时就难以实现。
与长焦距镜头正好相反，广角镜头对横向运动的物体表现力弱，对迎面而来或背面而去的动态表现力强。
一般表现造型宏大的场面和深远辽阔的自然景观，广角镜头具有某种空间概括能力，能在画面中收缩较大范围的背景空间。
在摄影运动中广角镜头容易形成画面稳定动感强烈移动的某种效果。
（对比画面）在新闻摄影中广角镜头是现场抢拍抓拍的有利手段。
推镜头造型的主要特点主要在于，随着画面框架的向前运动，观众视点随着向前移动，画面景别连续由大到小，突出了重点形象和主体人物推镜头将我们所看到的广阔草原，推到远处的城门楼，推镜头将原来不明显的景物在向前运动中逐渐的显现出来，推镜头还有从整体到局部，从环境到细节，突出某一局部，突出某一细节的作用。
急速的推镜头可以产生较强的视觉力具有振惊、醒目和强调的作用。
光学镜头基础知识
MTF、极限分辨率、FILTER
如何消除莫尔条纹？ 低通滤波器（OLPF）
无OLPF的光学系统
有OLPF的光学系统
No.1
No.1
No.2
OLPF
No.3
Sensor
No.2 No.3
光学镜头基础知识
MTF、极限分辨率、FILTER
Output （Normalization ）
知道了OLPF，再说一下IR-CUT
•镜头定位误差
•相机接口螺纹同轴度 •镜头接口螺纹同轴度
以上8项误差累计，造成CCD相对于 镜头像面倾斜几度呢？（对于 1/3”CCD单边翘起0.05mm，即为5°）
光学镜头基础知识
景深
MTF曲线的形状，再加上图像处理，可以得到较宽的景深。这种技术叫EDOF。 其原理是首先镜头设计上首先要保证高频的MTF，画面的均匀性（从中心到边缘衰减比较缓慢），这样
Байду номын сангаас
光学镜头基础知识
加深理解——BF、FB、MB
镜头规格
以上两款镜头的MB值分别为7.81和6.97，这就要求相机定位面到 sensor的距离不能大于6.97，否则出现无法聚焦清楚的情况。
光学镜头基础知识
此距离 应大于
FB-MB
加深理解——Resolution
镜头规格
Resolution---分辨率，对于镜头分辨率规格的标注，常用①一定空间频率下的MTF（最大值为1，最 小为0）、②MTF=0.2时的空间频率（lp/mm）、③可达到的最大解析度三种表示方法。
临界点
光学镜头基础知识
可以分辨
MTF、极限分辨率、FILTER
由上页可知，当F>Fn时，Sensor输出的信号就会有杂讯产生，通常杂讯的表现为莫尔条纹。
镜头设计光学知识点归纳
镜头设计光学知识点归纳镜头设计是摄影领域中至关重要的一环，决定了成像效果的质量和特点。
在镜头设计过程中，有许多光学知识点需要掌握和应用。
本文将对镜头设计中的一些重要光学知识点进行归纳和总结，以帮助读者更好地理解与应用。
1. 焦距和焦平面焦距是衡量镜头光学性能的一个重要指标。
它决定了摄影中的景深、视角和透视效果。
焦距较小的镜头具有广阔的视角和深景深，而焦距较大的镜头则具有较窄的视角和浅景深。
焦平面是镜头的聚焦面，图像在焦平面上才能获得最佳清晰度。
2. 光圈和景深光圈是控制镜头进光量的装置，也决定了景深的大小。
较小的光圈（大F值）能够提供较大的景深，使得前后景物都能得到清晰呈现；而较大的光圈（小F值）能够提供较小的景深，使得主体能够突出而背景模糊。
3. 畸变和色差畸变是指图像中直线变形的现象，分为桶形畸变和枕形畸变。
合理的镜头设计可以减小或消除畸变现象，使得图像更接近真实。
色差是指不同波长的光聚焦位置不同，导致彩色图像出现边缘色差的现象。
镜头设计师需要考虑使用适当的光学元件来校正色差，以获得更准确的颜色再现性。
4. 散焦和散光散焦是指镜头在不同焦距下图像的聚焦点出现位移的现象。
通过对散焦现象的控制，可以实现镜头的多焦点调整和变焦功能。
散光是指聚光点周围图像发散开来的现象，镜头设计中需要注意合理控制散光现象以获得更锐利的图像。
5. 渐晕和反射渐晕是指镜头中心光亮度高于边缘的现象，造成边缘图像暗淡。
反射是指镜头在强光照射下由于光线反射而产生的干扰，降低了图像的对比度和细节。
良好的镜头设计需要有效减小渐晕和反射现象，提高图像的质量和清晰度。
6. 变形和变焦变形是指图像在成像过程中出现的形变现象，包括桶形变形和枕形变形。
变焦是指通过调整镜头的焦距来改变视角和远近比例的能力。
合理的镜头设计需要控制变形，并保证变焦过程中图像的质量和清晰度。
7. 倍率和接触角倍率是指镜头实际焦距与标准焦距之间的比值，决定了图像的放大程度。
光学镜头简介演示
工业领域：工业检测 、测量和机器视觉等 领域中，光学镜头起 着关键作用，如用于 产品质量检测、精密 测量等。
通信领域：光通信中 ，光学镜头用于光纤 通信系统的收发端， 实现光信号的传输和 接收。
通过以上内容，我们 可以了解到光学镜头 在各个领域都有广泛 的应用，对于推动科 学技术的发展和改善 人们生活品质具有重 要意义。
光学镜头在工业与军事领域的应用案例
工业检测
使用高精度、高稳定性的光 学镜头对工业产品进行质量 检测与控制，确保产品质量 与生产效率。
机器视觉
将光学镜头与图像处理技术 相结合，实现自动化生产线 上的目标识别、定位与测量 。
军事侦察
采用长焦、红外等特殊光学 镜头，实现远程目标的观测 与识别，为军事行动提供情 报支持。
VS
集成化技术
传统的光学镜头通常是由多个透镜组成的 ，集成化技术则是将多个透镜集成在一个 或多个芯片上，从而减小了系统复杂度， 提高了镜头的可靠性和稳定性。同时，集 成化技术还可实现多种功能的集成，如光 学镜头与图像传感器、处理电路等的集成 ，进一步提高了系统的性能。
光学镜头在人工智能与大数据领域的应用前景对光学镜头行业的展望与建议
展望
• 持续增长的市场需求：随着消费电子产品、机器视觉等领域的快速发 展，光学镜头的市场需求将持续增长。
• 技术创新驱动发展：光学镜头行业将不断引入新技术，提升产品性能 ，拓展应用领域。
对光学镜头行业的展望与建议
建议
• 强化技术研发：企业应加大 对光学镜头技术的研发投入 ，保持技术领先地位。
未来光学镜头技术的挑战与机遇
机遇
• 新材料的应用：新材料如超材料、纳米材料等 的应用为光学镜头设计提供了更多可能性。
九光学镜头的特性与艺术表现
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焦，即跟焦。
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二、变焦镜头
1、标准镜头（中焦距镜头） 2、望远镜头（长焦距镜头） 3、广角镜头（短焦距镜头）
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二、变焦镜头
1、标准镜头（中焦距镜头）
光学特点： 视场角为50度 焦距为25mm
画面效果： 适合人眼习惯，真实自然。
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二、变焦镜头
2、望远镜头（长焦距镜头、窄角镜头）
光学特点： 焦距大于25mm 视场角小于40度（视场角窄）
面抖动。
长焦镜头不适合拍摄快速的摇镜头、移镜头。
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二、变焦镜头
2、望远镜头 缺点：
长焦镜头不能表现具有大纵深的场面 。 不能表现具有丰富内容的场面 。 包含的画面信息内容少。
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二、变焦镜头
场角大于60度， 焦距小于25mm
(广角镜头的水平视场角在60~130度之间， 在130度~230度之间的超广角镜头)
利用广角透视夸张的效果进行艺术创作 改变被摄主体运动速度、调整运动节奏。
广角镜头便于肩扛拍摄，与长焦镜头比较，画面
易于平稳，清晰度高
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二、变焦镜头
3、广角镜头（短焦距镜头）
拍摄时应注意： 尽量避免造成对被拍摄主体的丑化。 在表现较为开阔空间时，要注意画面中平面上的 直线条。
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三、光圈
第九讲 光学镜头的特性和艺术表现
一、镜头的光学特性 1、聚焦 2、景深 3、影响景深范围的因素
二、变焦镜头 1、标准镜头 2、长焦镜头 3、广角镜头
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一、镜头的光学特性
1、聚焦
定义： 通过调节镜头组的间距，以在成像 装置的上形成清晰影像的过程。 聚焦方法：
光学镜头及其运用PPT课件
2、被摄主体都产生从小到大的变化
区别
1、视角： 移动机位推拉镜头不会改变视角； 变焦推会使视角变窄，变焦拉会使视角变宽。
2、视距： 变焦距推拉镜头不会改变物距； 移动机位推拉镜头使摄像机与被摄主体之间的距离（视距）发生了改变
3、景深： 移动机位推拉镜头的焦距是不变的，所以景深不会改变； 变焦推拉由于镜头焦距发生了变化，会影响景深：推镜头会减
主光轴
透镜
焦平面
焦距
焦点
视场角
• 在成像面积不变、拍摄距离相对固定的情况下，镜头焦距越长， 视场角越小，摄像机镜头在焦平面上所能拍摄的清晰影像的范 围越小。
• 在成像面积不变、拍摄距离相对固定的情况下，镜头焦距越小， 视场角越大，摄像机镜头在焦平面上所能拍摄的清晰影像的范 围越大。
• 摄像机在同一距离上对同一被摄对象进行拍摄时，使用不同焦 距的镜头会改变对象在画面中的成像面积大小和背景范围，即 透视关系。
视场角
• 镜头视场角是用来表现摄像机镜头视场角大小的参数，决定了 能在感光胶片上良好成像的空间范围。
• 视场角的大小约为成像边缘与镜头光心形成的夹角。 • 光学镜头的视场角受镜头成像面积与镜头焦距这两个因素的制
约。 • 一般在拍摄中只能通过改变镜头焦距的镜头来实现改变视场角
大小。（为什么？）
视场角
3、可以通过小景深来突出、美化人物。
另外，在拍摄特写的时候能较好的还原五官比例
4、压缩纵向空间，使画面饱满。
5、利用焦点转换，完成画面形象主体的转换。 6、拍摄虚焦画面
三、长焦镜头拍摄时应注意的问题： 1、由于景深小，因此要注意调焦的精准。
最好能使用监视器。 如果是拍摄运动物体或者采用运动摄像，一般要在开始拍摄前先预测焦点，在正式拍摄时可按照预
光学镜头及其运用
5、利用广角镜头透视线条的夸张和变形 、 效果形成某种特殊的表现意义。 效果形成某种特殊的表现意义。 6、运动摄像中保持画面的稳定这也是广 、 角镜头的一个重要功能。 角镜头的一个重要功能。 另外， 另外，广角的视野类似于人眼的视野范 围，因而给人一种身临其境的感觉。 因而给人一种身临其境的感觉。
一、焦
距
焦距－－－焦点至镜头中心的距离。 焦距－－－焦点至镜头中心的距离。 －－－焦点至镜头中心的距离 （镜头焦距的长短与被摄对象在摄像机靶 面上的成像面积成正比。） 面上的成像面积成正比。） 标准镜头－－－焦距与像平面对角线接 标准镜头－－－焦距与像平面对角线接 －－－ 近或相等的镜头（ 近或相等的镜头（25mm)。 。 长焦距镜头－－－焦距大于像平面对角 长焦距镜头－－－焦距大于像平面对角 线的 －－－ 镜头（ 以上）。 镜头（25mm以上）。 以上 广角镜头－－－焦距小于像平面对角线的镜头 广角镜头－－－焦距小于像平面对角线的镜头 －－－ 以下）。 （25mm以下）。 以下
d、1、近大远小的形象 、 、 2、纵平线急剧汇聚 、 3、平面上的平行线，空间越远越短 、平面上的平行线， e、线条畸变，具有某种夸张效果 、线条畸变， f、画面清晰度高，色彩还原好 、画面清晰度高，
2、广角镜在表现运动物体时的两个 、 重要特征
1）、对横向运动物体表现的动感弱，且 ） 对横向运动物体表现的动感弱， 物距越远越弱 原因：视场角宽，空间开阔。 原因：视场角宽，空间开阔。即使运动很 快的物体也是很慢才出画。 快的物体也是很慢才出画。 <1>静止拍摄时，位移缓慢 静止拍摄时， 静止拍摄时 <2>运动拍摄时，背景变化缓慢 运动拍摄时， 运动拍摄时
三、相对孔径与光圈系数
相对孔径－－－指镜头的入射光孔直径（ ） 相对孔径－－－指镜头的入射光孔直径（D） －－－指镜头的入射光孔直径 与焦距（ 之比。 与焦距（ f ）之比。 F＝相对孔径( D/f )的倒数 f/D）称为光圈系数 ＝相对孔径 的倒数( 的倒数 ） 常见的有： 、 、 、 、 、 、 、 常见的有：1.4、 2、2.8、4、5.6、8、11、16 、22.
镜头光学与成像原理分析
镜头光学与成像原理分析光学是一门关于光的传播和相互作用的学科，而镜头光学则是光学学科中的一个重要分支。
镜头作为摄影机、望远镜、显微镜等光学仪器的核心部件，起着至关重要的作用。
本文将从镜头光学的基本原理出发，深入探讨其成像原理和一些常见的光学现象。
首先，镜头光学的基本原理是光的折射和反射。
光线在经过镜头时，会发生折射现象。
根据斯涅尔定律，入射光线与镜头界面的法线所成的入射角和出射角之间满足一个简单的关系。
这就是为什么当光从空气中射向水中时，光线会发生折射弯曲的原因。
而当光线通过透明介质的界面时，会发生反射现象。
根据理论上的推导，入射光线与法线所成的入射角与反射光线与法线所成的反射角相等。
基于折射和反射的原理，镜头的成像原理就是通过光的折射和反射来将物体的形象投射到感光元件上。
感光元件可以是胶片、光电二极管或图像传感器等。
典型的镜头结构包括凸透镜和凹透镜。
凸透镜可以将光线汇聚到一个焦点上，这被称为正焦镜。
而凹透镜则使光线发散，不汇聚到焦点上，这被称为负焦镜。
在实际应用中，我们可以通过镜头的组合来实现不同的功能。
例如，将一个凸透镜和一个凹透镜组合在一起，可以形成一个放大镜。
通过调整凸透镜和凹透镜之间的距离，可以实现不同的放大倍数。
另一个有趣的光学现象是畸变。
畸变是镜头成像中常见的问题，它使得图像的形状和尺寸在一定程度上发生变形。
畸变可以分为径向畸变和切向畸变两种形式。
径向畸变主要表现为物体的边缘部分弯曲或拉长，而切向畸变则是出现图像倾斜的情况。
为了减少畸变带来的影响，现代镜头设计中通常采用多片组合的方式，通过组合凸透镜和凹透镜来实现畸变的纠正。
镜头的光学性能除了与镜片结构有关外，还与镜片表面的质量有关。
光学镜片的表面平整度和光滑度对光线的传播和成像起着重要的影响。
当光线在镜面上发生反射或折射时，如果表面存在明显的瑕疵或不平整，会产生漫反射和散射现象，从而降低成像的清晰度和质量。
因此，在现代的光学镜头制造中，采用高精密度的研磨和抛光技术，以及涂层技术来提高镜片表面的质量，以获得更好的光学成像效果。
镜头的光学特征
镜头的光学特征
镜头的光学特征是摄影师精心挑选的视觉拍摄的关键元素，是决定拍摄成像质
量的重要因素。
不同的镜头具有不同的参数，能够拍摄出和其它镜头不同的照片。
镜头的光学特征可以划分为内在特性和外在特征两大类。
镜头的内在特征包括景深、视角、颜色及调制特性、像差、倾斜表现、噪点表现，有些特征会随着焦距和光圈变化而变化，有些特征则是综合因素。
其景深决定控制所拍摄的景物的色彩以及高光的清晰度，而颜色及调制特性是由镜头的镜片及镜片之间的光学层次决定的，镜头像差及噪点表现又决定了镜头最小可接受光圈等。
镜头的外在特征是非常重要的，它们包括焦距、最大光圈、近用距离、最大放
大倍率、滤镜类型、重量等，选择不同镜头，使拍摄者得以拍摄出更加和谐、逼真的影像效果。
焦距决定了视角大小，其自由度决定着拍摄者能拍摄出的空间感，而最大光圈则决定了画面光暗的细节，近用距离决定了一次拍摄的最短距离，最大放大倍率决定了镜头最大放大倍率、滤镜类型决定了摄影业内最常用的镜头滤镜类型，重量决定了镜头的重量，也是摄影师需要考虑的一个重要因素。
镜头的光学特征是影响影像质量的重要因素，无论是内在的特性还是外在的特性，摄影师都需要仔细考虑，从而拍摄出精彩而有视觉冲击力的影像。
光学镜头参数详解
光学镜头参数详解
摘要：
I.光学镜头概述
- 定义与作用
II.光学镜头的主要参数
- 焦距
- 相对孔径与光圈数
- 视场角与像面尺寸
- 分辨率
- 景深
- 工作距离
- 相机接口
III.光学镜头的选择与应用
- 选择光学镜头的考虑因素
- 光学镜头的应用领域
IV.结论
正文：
I.光学镜头概述
光学镜头是一种用于将光线聚焦在一点上的光学器件，通常由多个透镜组成。
它广泛应用于各种光学设备和仪器中，如照相机、望远镜、显微镜等。
光学镜头的主要作用是将来自物体的光线聚焦在成像传感器或眼睛上，从而产生
清晰的图像。
II.光学镜头的主要参数
1.焦距
焦距是指从光学镜头的中心点到焦点的距离。
它决定了像与实际物体之间的比例。
镜头焦距越长，成像越大。
2.相对孔径与光圈数（f）
相对孔径是指镜头的有效孔径与焦距的比值，主要影响像面的照度。
运用镜头特性创造独特效果如何运用特殊镜头
运用镜头特性创造独特效果如何运用特殊镜头运用镜头特性创造独特效果——如何运用特殊镜头摄影领域中，镜头的选择和运用是创作独特效果的关键。
特殊镜头的使用可以为作品增添戏剧性和艺术感，帮助摄影师表达自己独特的创作意图。
本文将介绍一些常见的特殊镜头，以及如何巧妙运用它们创造独特的摄影效果。
1. 魚眼镜头魚眼镜头是一种广角镜头，其特点是畸变严重且视场广阔。
它可以捕捉到180度的视角，带来夸张的效果。
运用魚眼镜头可以在狭小的空间中创造出奇幻的氛围，也可以突出近景与背景的差异，营造独特的视觉体验。
2. 微距镜头微距镜头的运用可以展现微小事物的细节与美感。
它具有较大的放大比例，能够拍摄到细小物体的清晰图像。
适用于拍摄花卉、昆虫等细节图案，微距镜头能够让观众近距离感受到物体的纹理、形状和色彩。
3. 镜头滤镜镜头滤镜是一种可以在拍摄时为镜头添加颜色或特效的装置。
它可以通过增加对比度、调整色彩饱和度或增强镜头的防抖效果等来实现独特的影像效果。
运用滤镜可以使画面更加柔和或明亮，增加色彩的层次感，甚至模拟出老式胶片的质感。
4. 镜头遮光罩镜头遮光罩是一种用于控制光线进入镜头的装置，它可以用来产生逆光效果。
通过使用镜头遮光罩，摄影师可以在拍摄中创造出强烈的对比效果，突出被拍摄对象的轮廓和形状，营造出有趣的光影效果。
5. 镜头倾斜移轴镜头倾斜移轴是一种特殊的镜头设备，它可以使摄影师在拍摄时改变焦平面的方向。
这种镜头常用于建筑摄影中，可以纠正透视感，使建筑物垂直线条保持平行，同时增加画面的深度和层次感。
6. 镜头光晕效果镜头光晕效果是通过使用特制镜头或在拍摄中添加附属装置来产生的。
它可以在画面中创造出独特的光晕效果，为作品增添浪漫和梦幻的氛围。
对于风景摄影或人像拍摄，镜头光晕效果能够增加画面的柔和度和神秘感。
总结：运用特殊镜头可以为摄影作品增添独特的效果和艺术感。
适当选择和运用特殊镜头，可以帮助摄影师表达自己独特的创作意图。
从魚眼镜头的夸张效果到微距镜头的细节捕捉，从镜头滤镜的色彩处理到镜头倾斜移轴的透视修正，运用特殊镜头的选择犹如一个艺术家的调色盘，可以创造出各种独特的摄影效果，带给观众全新的视觉体验。
深入了解摄影器材相机镜头
深入了解摄影器材相机镜头摄影器材是摄影师创作的重要工具，其中相机镜头是摄影器材中最关键的部分之一。
了解相机镜头的特性和功能，对于提升摄影技术和创作水平至关重要。
本文将深入探讨相机镜头的相关知识，包括镜头的构造、镜头的分类、镜头的参数和选择等方面。
一、相机镜头的构造相机镜头是由多个光学元件组成的复杂光学系统。
光学元件包括透镜和反射镜，通过它们的组合和调整，可以实现对光线的聚焦和成像。
常见的相机镜头构造包括凸透镜、凹透镜、非球面透镜等，它们的组合形式各异，以满足不同的拍摄需求。
二、相机镜头的分类根据焦距的不同，相机镜头可以分为广角镜头、标准镜头和长焦镜头三类。
广角镜头的焦距较短，适合拍摄广阔的景物和近距离的拍摄；标准镜头的焦距适中，适合拍摄人物和一般场景；长焦镜头的焦距较长，适合拍摄远距离的物体和细节。
此外，还有特殊镜头，如鱼眼镜头、微距镜头和变焦镜头等。
鱼眼镜头可以拍摄出极大视角的图像，呈现出弯曲的效果；微距镜头可以拍摄非常近距离的物体，展现细节之美；变焦镜头可以通过调整焦距来实现远近拍摄的切换。
三、相机镜头的参数1. 焦距：焦距是指镜头到成像面的距离，通常用毫米（mm）表示。
焦距越长，镜头的视角越窄，拍摄的物体越远；焦距越短，镜头的视角越宽，拍摄的物体越近。
2. 光圈：光圈是指镜头的最大光线通量，通常用F值表示。
F值越小，光圈越大，进光量越多，适合拍摄暗场景或需要浅景深的情况；F值越大，光圈越小，进光量越少，适合拍摄明亮场景或需要深景深的情况。
3. 对焦距离：对焦距离是指镜头能够对焦的最近距离。
对焦距离越短，镜头可以拍摄更近距离的物体；对焦距离越长，镜头只能拍摄较远距离的物体。
4. 镜头口径：镜头口径是指镜头前端的直径，通常用毫米（mm）表示。
镜头口径越大，进光量越大，适合拍摄暗场景或需要大光圈的情况。
四、相机镜头的选择选择适合自己需求的相机镜头是摄影师的重要任务。
首先要考虑拍摄的主题和场景，确定需要的焦距范围和特殊功能。
《影视摄像技术》第八章《光学镜头》
长焦距镜头的运用
1.调拍距离较远的被摄体，追求真实自然的艺术效 果； 2.利用长焦距镜头远距离拍摄小景别画面，跨越复杂 空间，拍摄和表现不易接近或无法接近的人物和场 面； 3.表现人物的面部特写； 4.利用长焦距镜头压缩纵向空间的特点，拉近纵向景 物之间的距离，使画面形象饱满，烘托环境气氛 。
5.利用长焦距镜头景深范围小的特点，通过调整镜 头焦点完成画面形象的转化，完成同角度、不同景 物或不同景别的场面调度； 6.利用长焦距镜头创造虚焦点画面； 7.利用长焦距镜头摄取人眼不常见到的景象，创造诗 意画面。
焦距与成像的关系
镜头焦距的长短，与被摄体在CCD上的成 像面积成正比。 如果在同一距离上，对同一被摄体进行 拍摄，镜头焦距越长，那么成像面积越大， 放大倍率越高；反之，镜头焦距越短，则成 像面积越小，放大倍率也越低。
我们把焦距与像平面对角线接近或相等 的镜头，称为标准镜头。标准镜头焦距通常 为25毫米。焦距大于像平面对角线的镜头， 成为长焦距镜头；焦距小于像平面对角线的 镜头，成为广角镜头；焦距可发生变化的镜 头，称为变焦距镜头。
2.视场角
镜头的视场角，是指CCD有效成像平面（视场） 边缘与镜头后节点所形成的夹角。
视场角与成像的关系
从造型角度讲，镜头视场角反映了摄像机记 录景物范围的开阔程度（镜头视场角分为水 平视场角和垂直视场角，本章提到的视场角 均指水平视场角）。 镜头视场角与被摄对象在画面中的成像效果 成反比。视场角越大，被摄主体成像越小， 画面的视野越开阔；反之，视场角越小，被 摄主体成像越大，画面的视野越狭窄。
广角镜头
广角镜头，又称短焦距镜头，是指视场 角大约在60º—130º之间、焦距小于25mm 的 镜头。 视场角在130º —180°之间的镜头被称 为超广角镜头，或鱼眼镜头。
摄像机镜头的光学特性
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，这就必須采用专有的计算机辅助设计和计算机光学模拟技术。
10.光学镜头
（二）广角镜头的功能
拍摄宏伟壮阔的大场面，展现空间的全景全貌。 拍摄宏伟壮阔的大场面，展现空间的全景全貌。 加快动体纵深运动速度， 加快动体纵深运动速度，形成强烈的视觉冲击 力。 在移动拍摄中，增强运动透视效果。 在移动拍摄中，增强运动透视效果。 在纪实性报道中偷拍或抢拍。 在纪实性报道中偷拍或抢拍。 利用景深大的特点增加画面的信息量和容量。 利用景深大的特点增加画面的信息量和容量。 利用曲像畸变效果，形成某种特殊的表现意义。 利用曲像畸变效果，形成某种特殊的表现意义。 有利于在移动拍摄中保持稳定。 有利于在移动拍摄中保持稳定。
利用长焦距镜头 , 通过摄像机的变焦完成不 同景别画面的拍摄。 同景别画面的拍摄。 表现人物的面部特写。 表现人物的面部特写。它能够准确地还原人物 还能起到简洁背景、 脸部的五官比例 , 还能起到简洁背景、突出 被摄主体的作用 作用。 被摄主体的作用。 把人们从未仔细观察到的微小局部和远处无法 显示的景物展现在观众面前。 显示的景物展现在观众面前。 拉近纵向景物之间的距离 , 使得实际场景中 比较稀疏的景物在电视画面上显得稠密起来 , 以此烘托环境气氛。 以此烘托环境气氛。 来突出、 利用前后景物的虚实变化 , 来突出、烘托被 摄主体。 摄主体。
三、长焦镜头
长焦镜头是指视场角小于40度 长焦镜头是指视场角小于40度，焦距大于 25mm的镜头 诸如：焦距值为50mm、75mm、 25mm的镜头。诸如：焦距值为50mm、75mm、 的镜头。 100mm、150mm等 100mm、150mm等。 长焦镜头又称为望远镜头、远摄镜头、窄 长焦镜头又称为望远镜头、远摄镜头、 角镜头。 角镜头。
表现大范围景物
表现主体所处环境
曲像畸变
（三）广角镜头的运用
由于焦距短、 由于焦距短、视野范围广 , 包括的景 物多 , 使用短焦距镜头拍摄时一定要 根据主体和创作意图进行拍摄。 根据主体和创作意图进行拍摄。 当景物亮度间 当景物亮度间距过大或景物亮度分布不 要以主体物的亮度确定曝光。 均时 , 要以主体物的亮度确定曝光。 注意透视变形对被摄主体的歪曲。 注意透视变形对被摄主体的歪曲。
光学镜头的运用
第48页，幻灯片共69页
5.3.3 广角镜头的运用 ❖4. 广角镜头便于近距离拍摄，完成抢拍
和偷拍。
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5.3.3 广角镜头的运用
❖5. 利用广角镜头线条透视的夸张变形和 曲像畸变效果，形成某种特殊的表现意 义。
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相对孔径
相对孔径的倒数被称为光圈系数，摄像机的光圈环 系数分为数档，常见的有1.4、2、2.8、4、5.6、8、 11、16、22等。 在摄像时开大光圈实际上就是从光圈调节环上大F值
向小F值的一端运动，即减小了光圈系数值；缩小光圈则
反之，比如，从光圈8调到5.6，就是开大了光圈，通光量
镜头视场角是指CCD有效成像平面
及视场边缘与镜头后节点所形成的夹角 。物体透过光学的视野范围。
第6页，幻灯片共69页
5-2 视场角示意图
CCD
对角线视场角 水平视场角
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5.1.2 视场角
镜头视场角与被摄对象在画面中的成像 效果成反比。
广角镜头的拍摄效果
40 第40页，幻灯片共69页
5.3.2 广角镜头的特点
❖3.广角镜头有画面产生畸变的现象。
▪ 广角镜头焦距短、视场角大，近距离拍摄某些物 体时，由于镜头曲像畸变原因，线条透视效果强 烈，线条倾斜、变形，具有某种夸张效果。
▪ 摄像机位置离被摄体距离越近，这种变形与 夸张的效果越明显。
第12页，幻灯片共69页
5.2 长焦镜头的运用
❖什么是长镜头？
▪ 一般而言，长焦距镜头是指视场角 小于40度、焦距大于25mm的镜头，
对于摄像机的变焦镜头来说，焦距调
光学镜头简介演示
THANKS。
06
光学镜头的应用案例
案例一：望远镜中的光学镜头应用
望远镜是光学镜头应用的一个经典案例。通过组合不同焦 距的透镜，望远镜能够将远处的物体放大，使人们能够清 晰地观察到远处的景物。
望远镜中的光学镜头主要作用是成像，通过调整镜头的焦 距和角度，可以将远处物体的光线聚焦在近处的视网膜上 ，从而呈现出清晰的图像。
光学装配工艺
镜头装配
将加工好的光学镜头按照设计要求进行装配，组成完整的 相机或望远镜等光学仪器。
调整与校准
对装配好的光学仪器进行调校，确保其光学性能达到设计 要求。
检验与测试
对装配好的光学仪器进行精度检验和性能测试，确保符合 设计要求。
05
光学镜头的前沿技术
超高解析度技术
01
超高解析度技术是指利用特殊的 光学镜头和图像传感器，提高图 像的分辨率和清晰度，以便更好 地观察和识别目标。
光阑系数
定义
光阑系数是指光学镜头中控制光阑大小的系数，它决定了光线的入 射角和出射角大小。
物理意义
光阑系数越大，入射角和出射角越小，光线通过镜头的能量越集中 ；光阑系数越小，入射角和出射角越大，光线通过镜头的能量越分 散。
应用场景
在摄影、摄像、显微镜等领域中，光阑系数是控制光线能量分布和景 深的重要因素之一。
在医疗领域，光学镜头被广泛 应用于内窥镜、显微镜等医疗 设备中，用以观察病变部位或 进行手术操作。
光学镜头的发展历程
01
02
03
04
光学镜头的发展可以追溯到 17世纪，当时人们开始研究
照相机镜头的光学特性
五、镜头的视场角和像场角
L
f
五、镜头的视场角和像场角
视场角：镜头能在像面上构成影像的范围称为视场，其 直径对镜头中心所成的角称为视场角。 像场角：影像清晰的圆形范围称为像场，其直径对镜头 中心的张角为像场角。 像幅和像场角的关系：
tg ( L / 2) / f
arctg( L / 2 f )
2
三、相对孔径和光圈系数 4、光圈系数
定义：相对孔径的倒数为光圈系数。 国际系统——多数国家与我国采用这种系统： 1.0、1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22、 32．．．．。 设计原则：相邻二光圈的平方相差一倍。
H E t E像 K
B d
4 f
3、分辩率测试方法
六、镜头分辨率
3、分辨率测定方法
(1)目视法
光源 测试砧板 平行光管 被测物镜
1 R 2d
(2)摄影法
1 1 1 R综 R镜 R胶
注：综合分解力永远小于镜头分解力或胶片分解力，并 与其中的最小值相接近。
(3)光学传递函数
六、镜头分辨率
4、影响分解力测试结果的重要因素
觇板的反差
一、镜头及其基本功能
2、镜头的组成
一、镜头及其基本功能
2、镜头的组成
二、焦距和像比例尺 1、焦距(Focal Length)
从镜头的物方节点到物方焦点的距离叫做物方 焦距。 从镜头的像方节点到像方焦点的距离叫做像方 焦距。 镜头的焦距基本上就是从镜头的中心点到胶片 平面上所形成的清晰影像之间的距离。
七、镜头的加膜
2、如何使a、b的光程差为λ/2
a、b的光程差为
2d n1
光学镜头概述及分类
光学镜头概述及分类光学镜头一般称为摄像镜头或摄影镜头，简称镜头，其功能就是光学成像。
镜头是机器视觉系统中的重要组件，对成像质量有着关键性的作用，它对成像质量的几个最主要指标都有影响，包括：分辨率、对比度、景深及各种像差。
镜头不仅种类繁多，而且质量差异也非常大，但一般用户在进行系统设计时往往对镜头的选择重视不够，导致不能得到理想的图像，甚至导致系统开发失败。
本文的目的是通过对各种常见镜头的分类及主要参数介绍，总结各种因素之间的相互关系，使读者掌握机器视觉系统中镜头的选用技巧。
根据有效像场的大小划分把摄影镜头安装在一很大的伸缩暗箱前端，并在该暗箱后端安装一块很大的磨砂玻璃。
当将镜头光圈开至最大，并对准无限远景物调焦时，在磨砂玻璃上呈现出的影像均位于一圆形面积内，而圆形外则漆黑，无影像。
此有影像的圆形面积称为该镜头的最大像场。
在这个最大像场范围的中心部位，有一能使无限远处的景物结成清晰影像的区域，这个区域称为清晰像场。
照相机或摄影机的靶面一般都位于清晰像场之内，这一限定范围称为有效像场。
由于视觉系统中所用的摄像机的靶面尺寸有各种型号，所以在选择镜头时一定要注意镜头的有效像场应该大于或等于摄像机的靶面尺寸，否则成像的边角部分会模糊甚至没有影像。
根据有效像场的大小，一般可分为如下几类：根据焦距分类根据焦距能否调节，可分为定焦距镜头和变焦距镜头两大类。
依据焦距的长短，定焦距镜头又可分为鱼眼镜头、短焦镜头、标准镜头、长焦镜头四大类。
需要注意的是焦距的长短划分并不是以焦距的绝对值为首要标准，而是以像角的大小为主要区分依据，所以当靶面的大小不等时，其标准镜头的焦距大小也不同。
变焦镜头上都有变焦环，调节该环可以使镜头的焦距值在预定范围内灵活改变。
变焦距镜头最长焦距值和最短焦距值的比值称为该镜头的变焦倍率。
变焦镜头有可分为手动变焦和电动变焦两大类。
变焦镜头由于具有可连续改变焦距值的特点，在需要经常改变摄影视场的情况下非常方便使用，所以在摄影领域应用非常广泛。
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面抖动。 长焦镜头不适合拍摄快速的摇镜头、移镜头。
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二、变焦镜头
2、望远镜头 缺点：
长焦镜头不能表现具有大纵深的场面 。 不能表现具有丰富内容的场面 。 包含的画面信息内容少。
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二、变焦镜头
3、广角镜头（短焦距镜头） 光学特点：
通光量就越大
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三、光圈
在以下情况下比须手动：
前景与背景光比过大 在摇、移镜头的运动拍摄中，起幅和落幅光
比过大 拍摄特殊效果的画面
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的区域，叫景深。 即：当镜头对准某一主体调焦，在清
晰成像之后，这个主体前、后方的景物也 能清晰成像，这个纵深范围叫景深。
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一、镜头的光学特性
3、影响景深范围的因素： * 焦距 * 光圈 * 摄像机与被摄物体的距离 （摄距）
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影响景深的三个因素：
* 焦距 镜头焦距短，景深区较大； 镜头焦距长，景深区较小。
光学特点： 焦距大于25mm 视场角小于40度（视场角窄）
画面效果：
可以远距离拍摄被摄主体，具有真实、 自然的画面效果
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二、变焦镜头
2、望远镜头 光学特性： 视场角窄：画面呈现大 景深小：可以产生虚实效果 压缩现实纵向空间：减少纵深感和空间感
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二、变焦镜头
2、望远镜头
艺术表现：
可以表现被摄主体较小景别的画面，表现细节。
第九讲 光学镜头的特性和艺术表现
一、镜头的光学特性 1、聚焦 2、景深 3、影响景深范围的因素
二、变焦镜头 1、标准镜头 2、长焦镜头 3、广角镜头
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一、镜头的光学特性 1、聚焦
定义： 通过调节镜头组的间距，以在成像 装置的上形成清晰影像的过程。 聚焦方法：
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一、镜头的光学特性
2、景深 在焦点上能看清楚的那些物体构成
场角大于60度， 焦距小于25mm
(广角镜头的水平视场角在60~130度之间， 在130度~230度之间的超广角镜头)
画面效果： 景物范围宽广，画面空间开阔，有近大远小 、
近宽远窄的感觉，画面夸张了比例和透视感。
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3、广角镜头 光学特性： 视场角宽 景深大 空间透视感强
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二、变焦镜头
3、广角镜头
作用：
有利于扩展空间，近距离表现大范围景物； 可以表现被摄主体全景和所处的环境 。
广角镜头拍摄范围广，景深大，可以 快速调焦和取景。
利用广角透视夸张的效果进行艺术创作 改变被摄主体运动速度、调整运动节奏。
广角镜头便于肩扛拍摄，与长焦镜头比较，画面 易于平稳，清晰度高
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二、变焦镜头
3、广角镜头（短焦距镜头）
拍摄时应注意： 尽量避免造成对被拍摄主体的丑化。 在表现较为开阔空间时，要注意画面中平面上的 直线条。
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三、光圈
光圈： 镜头里用来控制通光量的机械装置就是光
圈，表明了镜头接纳光线的多少。 光圈大，通光量就大；光圈小，通光量就
小。 光圈的标准可以用光圈系数f来衡量 。 f与光圈成反比，f值越小，光圈开的越大，
* 光圈 光圈开口小，景深区较大； 光圈开口大，景深区较小。
* 摄像机与被摄物体的距离 距离物体越近，景深越小； 距离物体越远，景深越大。
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摄像机聚焦应注意三点： * 每次移动机位或改变拍摄对象的距离时，都
要对焦。 * 将镜头对准被拍摄对象的细节部分进行调焦。 * 拍摄运动的物体，必须跟踪运动的物体进行聚
拉近纵向景物间的距离，使画面形象饱满、 紧凑，有利于烘托环境气氛。
可以造成明显虚实的画面效果。由于景深范围小， 可以创造出一些特殊画面效果：
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所创造出的特殊画面效果： a、虚化空间的画面效果 b、创造虚焦点的画面
C、通过调整焦点实现场景转换
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二、变焦镜头
2、望远镜头 拍摄时应注意：
焦，即跟焦。
实用 2、望远镜头（长焦距镜头） 3、广角镜头（短焦距镜头）
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二、变焦镜头
1、标准镜头（中焦距镜头）
光学特点： 视场角为50度 焦距为25mm
画面效果： 适合人眼习惯，真实自然。
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二、变焦镜头
2、望远镜头（长焦距镜头、窄角镜头）