光圈对成像质量的影响实验

在光圈一文中，有介绍光圈对成像质量的影响，主要有如下几点：

1. 光圈越大，图像亮度越高。较大的光圈，可以降低对光源亮度的要求，也可以提高相机的曝光时间以提高相机对动态目标的响应能力；

2. 光圈越大，景深越小。当需要较大景深，如拍摄上下两次目标时，就需要将光圈调的较小，这样才有好的景深，而当需要较小的景深时，如尽量避免背景的干扰时，就需要将光圈调的比较大，可以获得较小的景深，只呈现目标特征；

3. 光圈越大，球差和慧差越严重，所以，要想有较好的图像质量，光圈不能调的太大，当亮度能够满足要求时，光圈调整到中间值比较理想；

4. 光圈越大，渐晕现象越严重，视场照度越不均匀，视场不均匀，对于一些大面积的粒子分析是不太好的。因此也需要将光圈调小；

5. 光圈越大，理论上分辨率越高，但是实际上，我们一枚镜头的最佳分辨率可能并不是最大光圈时，也不是最小分辨率时，而是在中间光圈值时，一般在F4~F12之间可能比较理想。这个需要做一定的评测才能知道。当然，这里的光圈越大分辨率越高，应该是在其他条件都没有改变时，镜头本身有大光圈时，将拥有更好的分辨率。如F1.4的镜头分辨率是要优于F2.8的镜头。而单纯对一个最大光圈已经固定的镜头来说，并不是说它在最大光圈时的分辨率就最高，而是在中间光圈时分辨率要更高一些。

对于第1点，不用质疑，肯定是光圈越大，亮度越高；对于第二点，如果有数码相机应用经验，也可以了解到，光圈越大，景深越小，光圈越小，景深越大；对于第3、4、5点，其实就是对成像质量的影响。光圈提高，通光量增大，这对于灰暗环境成像有效果。但是机器视觉领域里，可以通过打光进行光通量补偿。因此大光圈的作用并不明显，反而因为光圈对镜头分辨率的影响，在最大光圈时的成像质量不如光圈在中间位置（如F8）时的图像清晰。这个可以通过实验得到验证。下面的组图演示了不同的光圈下成像质量的效果：

图1 F16状态一

图2 F8状态一

图3 F4状态一