光圈

人眼系統(tǒng)中有虹膜和瞳孔，瞳孔是允許光線通過(guò)的開口。相機(jī)鏡頭類似人眼系統(tǒng)，只是這個(gè)“虹膜”由金屬片制成，這些金屬片匯聚形成“瞳孔”，即光圈，其會(huì)影響相機(jī)拍攝的最終圖像。

光圈越小，光線就越集中，景深（景深）就會(huì)越大，這與到達(dá)傳感器的光量成反比。因此，在嘗試獲得明亮且聚焦的圖像時(shí)，光圈起著重要作用。

鏡頭的光圈是光線到達(dá)相機(jī)的開口。調(diào)整光圈意味著使鏡頭內(nèi)由金屬刀片或葉片組成的開口更大或更小。光圈葉片數(shù)可能會(huì)有很大差異，如下圖所示。

光圈開口大的鏡頭稱為大光圈鏡頭。反之，則稱為小光圈鏡頭，如下圖所示。

系數(shù)

光圈開口越大，用來(lái)表示其大小的數(shù)字就越小。光圈通常使用f/2、f/2.8、f/4、f/5.6、f/8、f/11、f/16等進(jìn)行標(biāo)記，與f/16相比，f/2代表的光圈更大，也將獲得更多的光線進(jìn)入。

景深

增大相機(jī)的鏡頭光圈后，將允許更多光線到達(dá)傳感器，因此相機(jī)會(huì)拍攝出非常明亮的圖像。但是，如果光圈開口過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致景深（DOF）顯著降低，這種現(xiàn)象通常被稱為窄景深。景深是圖像中保持聚焦的最近和最遠(yuǎn)目標(biāo)之間的距離

景深和通過(guò)鏡頭的光量成反比。因此，要使圖像充分聚焦，同時(shí)又要有足夠的光線，并不是一件很容易的事情。但是，增加到達(dá)傳感器的光線并不意味著必須使用較小的景深以增大光圈，使用額外的照明（無(wú)論是添加設(shè)備還是確保陽(yáng)光充足）也可以達(dá)到預(yù)期的效果。如下圖所示，左側(cè)圖像使用的光圈為f/25，而右側(cè)圖像使用的光圈為f/5。

增益

為了獲得更大的景深并使大部分圖像聚焦，可能需要調(diào)高增益值。調(diào)高增益值后，相機(jī)靈敏度會(huì)提升，產(chǎn)生更明亮的圖像，但是也會(huì)引入更多的圖像噪點(diǎn)，如下圖所示，上圖為調(diào)高增益值前的原始圖像，下圖為調(diào)高增益值后的圖像，對(duì)比它們右側(cè)的二值化圖像可以明顯看到下圖由于增益過(guò)高導(dǎo)致的圖像噪點(diǎn)增加、傳感器像素阱飽和問(wèn)題。

延長(zhǎng)曝光時(shí)間，而不是調(diào)高增益值，可以使噪聲更少。但如果目標(biāo)處于移動(dòng)狀態(tài)，可能會(huì)導(dǎo)致圖像變模糊，這種圖像模糊問(wèn)題更難解決。

增益、快門速度和光圈之間達(dá)到適當(dāng)平衡的狀態(tài)有助于提高圖像亮度，而不會(huì)引入過(guò)多的噪聲，同時(shí)保持目標(biāo)聚焦。

快門

正如上面所說(shuō)，除了調(diào)節(jié)相機(jī)增益或鏡頭光圈之外，還可以調(diào)整快門速度?？扉T速度越快，通過(guò)的光線就越少，從而減少傳感器的曝光時(shí)間。反之，使用較慢的快門則我們常見(jiàn)的延時(shí)攝影。讓相機(jī)使用更長(zhǎng)的曝光時(shí)間拍攝，目標(biāo)會(huì)更明亮。但是，這種狀態(tài)下即使目標(biāo)靜止不動(dòng)，也可能導(dǎo)致圖像發(fā)生動(dòng)態(tài)模糊。因此，諸如車輛之類的移動(dòng)目標(biāo)需要更快的快門速度，并結(jié)合更大的光圈和更高的增益來(lái)確保照明充足。

應(yīng)用

光線不足時(shí)，使用大光圈將是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)甚至低空航空成像等高幀率應(yīng)用，亮度提升有助于確保圖像具有清晰的圖像數(shù)據(jù)。在進(jìn)行機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)時(shí)，如果拍攝目標(biāo)數(shù)量增加，那么對(duì)幀率的需求也會(huì)增加。同時(shí)，光圈也需要按比例增加，以確保高幀率錄制可以在充足的光線條件下成像。

然而，如前所述，光圈增加會(huì)導(dǎo)致景深變淺，致使目標(biāo)與鏡頭之間的距離容差變小。不過(guò)，這種淺景深類型的應(yīng)用在傳送帶系統(tǒng)中得到了非常好的效果。在傳送帶系統(tǒng)中，產(chǎn)品不斷以固定距離高速通過(guò)相機(jī)，但圖像仍聚焦、明亮。此外，使用大光圈后，相機(jī)可以清晰分離拍攝目標(biāo)和可能存在于圖像背景中的任何其它干擾物體。

光圈較小也對(duì)需要較長(zhǎng)景深的應(yīng)用場(chǎng)景有所幫助，搭配更長(zhǎng)的曝光或更高的增益，相機(jī)仍然可以拍攝出明亮的圖像，同時(shí)保持更多內(nèi)容聚焦。對(duì)智能交通系統(tǒng)（ITS）等成像應(yīng)用而言，這種配置很實(shí)用，這些應(yīng)用面臨的典型問(wèn)題是確保相機(jī)能夠?qū)Σ煌嚯x的車輛進(jìn)行清晰成像。

P-Iris

PrecisionIris（精確光圈），也稱P-Iris，是一種無(wú)需事先配置鏡頭即可調(diào)整光圈的軟件解決方案。P-Iris能夠可靠保持并返回至特定的光圈值，同時(shí)還能夠在增益和快門速度處于預(yù)定極限的艱難條件下調(diào)節(jié)光圈（點(diǎn)擊鏈接參考前文《自動(dòng)光圈的驅(qū)動(dòng)方式》）。

結(jié)論

相機(jī)光圈通常在部署前配置，有時(shí)需要根據(jù)系統(tǒng)或操作條件的變化不斷手動(dòng)調(diào)整。解決這個(gè)問(wèn)題需要利用可以快速調(diào)整到相機(jī)的準(zhǔn)確光圈值的軟件解決方案，而無(wú)需物理靠近。

大多數(shù)成像系統(tǒng)一直以來(lái)都面臨著是否能夠拍攝光線充足且聚焦清晰的圖像的問(wèn)題。然而，許多成像系統(tǒng)的實(shí)際情況是，在不受控環(huán)境（例如戶外應(yīng)用）中，光線可能并不充足或變化較大。通過(guò)了解光圈的光學(xué)影響及其與快門速度和增益的關(guān)系，可以進(jìn)行精確調(diào)整，以優(yōu)化成像系統(tǒng)，確保即使在最具挑戰(zhàn)性的條件下也能夠捕獲到最佳圖像。