机器视觉定位（焦点与定焦）

机器视觉定位（焦点与定焦）
焦点 (focal point、focus)：

对于一个理想透镜而言：远处的物体可以近似地看成时位于无限远处。

该无限远处的物体上任何一点发出的到达理想透镜的光线，可以看成是平行光。

所谓“光轴”就是一条垂直穿过理想透镜中心的光线。

与光轴平行的光线射入凸透镜时，理想的凸镜应该是所有的光线会聚在透镜后面一点上，这个会聚所有光线的一点，就叫做焦点。例如使用放大镜将太阳光聚光后，形成最小点的就是焦点。

焦点一定在光轴上。

在光学术语上，以透镜为界：

被摄物体所在的空间称为“物方空间”；

被摄物体所发出的光穿越透镜在透镜后面形成的像所在的空间称为“像方空间”；

在像方空间所形成的焦点称为“像方焦点”或“后焦点”；

反之，从像方开始，投射出与光轴平行的光线，并在透镜物体空间所形成的焦点，称为“物方焦点”或“前焦点”。

注意：对于凹透镜而言，物方焦点与像方焦点的位置与凸透镜相反

主点 (Principal point)：

一个透镜得轴向厚度与其直径、物距、像距以及焦距相比显得很小，就可以认为该透镜是薄透镜。

一片薄的双凸透镜的焦点距离，一般指镜片的中心到焦点为止的光轴上的距离，这个镜片的中心叫做“主点”。

实际的镜头都是由数片凸透镜和凹透镜组合而成，无法直接分辨出主点的位置。

当焦点处于无限远时，镜头主点到结像平面的距离 = 焦距

对于某种画幅而言，标准镜头的焦距值约等于画幅对角线长度，其主点的位置在镜头的光学组内

前主点/后主点(front principal point/rear principal point)

如下图所示，假设从 a 射入的光线，折射之后通过 n 和 n’ 致到达了 b 。对于光轴而言，a-n与 n’-b 之间产生相似的角度，因此，在光轴上可以得出 h、h’ 两个交点。

这两个交点 h 和 h’ 就叫做主点，其中 h 为前主点(主点)，h’ 为后主点(第二主点)。

前主点与后主点之间的距离称为主点间隔。

焦点距离(focal length)

摄影镜头从后主点(h’)到后焦点的距离就是焦点距离。

虽然镜头的种类不同，会有主点的前后关系位置相反，或者 h’ 落到组合的镜头之外的现象发生。无论何种情况，从后主点 h’ 到后焦点之间的距离，就是焦点距离。

望远型镜头和逆望远型(retrofocus lens)镜头的后主点 h’ 的位置，如下图所示。

长焦镜头主点位置比标准镜头的更靠前，其主点位于镜头前组光学组外

广角镜头主点位置比标准镜头的更靠后，其主点位于镜头后组光学组外

后焦距离(back focus)

当焦点在无限远时，镜头片镜片面的顶点到胶片平面在光轴上之间距离，称为后焦距离。

单反机由于其工作原理，在动作过程重，反光镜必须往上翻起。所以，后焦距离比较短的广角镜头，反光镜会碰到组镜片。所以，单反机用的广角镜头，必须采用后焦距离比较长的逆望远型镜头。