光圈

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

光圈越小，光線就越集中，景深（景深）就會越大，這與到達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，光圈起著重要作用。

鏡頭的光圈是光線到達相機的開口。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等進行標記，與f/16相比，f/2代表的光圈更大，也將獲得更多的光線進入。

景深

增大相機的鏡頭光圈后，將允許更多光線到達傳感器，因此相機會拍攝出非常明亮的圖像。但是，如果光圈開口過大，則會導致景深（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目標之間的距離

景深和通過鏡頭的光量成反比。因此，要使圖像充分聚焦，同時又要有足夠的光線，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（無論是添加設備還是確保陽光充足）也可以達到預期的效果。如下圖所示，左側圖像使用的光圈為f/25，而右側圖像使用的光圈為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，相機靈敏度會提升，產(chǎn)生更明亮的圖像，但是也會引入更多的圖像噪點，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，對比它們右側的二值化圖像可以明顯看到下圖由于增益過高導致的圖像噪點增加、傳感器像素阱飽和問題。

延長曝光時間，而不是調(diào)高增益值，可以使噪聲更少。但如果目標處于移動狀態(tài)，可能會導致圖像變模糊，這種圖像模糊問題更難解決。

增益、快門速度和光圈之間達到適當平衡的狀態(tài)有助于提高圖像亮度，而不會引入過多的噪聲，同時保持目標聚焦。

快門

正如上面所說，除了調(diào)節(jié)相機增益或鏡頭光圈之外，還可以調(diào)整快門速度。快門速度越快，通過的光線就越少，從而減少傳感器的曝光時間。反之，使用較慢的快門則我們常見的延時攝影。讓相機使用更長的曝光時間拍攝，目標會更明亮。但是，這種狀態(tài)下即使目標靜止不動，也可能導致圖像發(fā)生動態(tài)模糊。因此，諸如車輛之類的移動目標需要更快的快門速度，并結合更大的光圈和更高的增益來確保照明充足。

應用

光線不足時，使用大光圈將是一個優(yōu)點。對于機器視覺檢測甚至低空航空成像等高幀率應用，亮度提升有助于確保圖像具有清晰的圖像數(shù)據(jù)。在進行機器視覺檢測時，如果拍攝目標數(shù)量增加，那么對幀率的需求也會增加。同時，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，光圈增加會導致景深變淺，致使目標與鏡頭之間的距離容差變小。不過，這種淺景深類型的應用在傳送帶系統(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相機，但圖像仍聚焦、明亮。此外，使用大光圈后，相機可以清晰分離拍攝目標和可能存在于圖像背景中的任何其它干擾物體。

光圈較小也對需要較長景深的應用場景有所幫助，搭配更長的曝光或更高的增益，相機仍然可以拍攝出明亮的圖像，同時保持更多內(nèi)容聚焦。對智能交通系統(tǒng)（ITS）等成像應用而言，這種配置很實用，這些應用面臨的典型問題是確保相機能夠對不同距離的車輛進行清晰成像。

P-Iris

PrecisionIris（精確光圈），也稱P-Iris，是一種無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，同時還能夠在增益和快門速度處于預定極限的艱難條件下調(diào)節(jié)光圈（點擊鏈接參考前文《自動光圈的驅動方式》）。

結論

相機光圈通常在部署前配置，有時需要根據(jù)系統(tǒng)或操作條件的變化不斷手動調(diào)整。解決這個問題需要利用可以快速調(diào)整到相機的準確光圈值的軟件解決方案，而無需物理靠近。

大多數(shù)成像系統(tǒng)一直以來都面臨著是否能夠拍攝光線充足且聚焦清晰的圖像的問題。然而，許多成像系統(tǒng)的實際情況是，在不受控環(huán)境（例如戶外應用）中，光線可能并不充足或變化較大。通過了解光圈的光學影響及其與快門速度和增益的關系，可以進行精確調(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。