数码相机的分辨率
我们在购买数码相机时，分辨率是一个很重要的指标。早年的数码相机分辨率很低，如CASIO的QV-10不到10万像素（320X240）、18万像素的KODAK DC20（493X373）其分辨率还比不上现在的摄像手机和摄像头。经过近十年的发展，数码相机的分辨率不断增高，目前已经超过1千万像素。
就以上述帖子里所举的A70相机设置为2048X1536X16M来说，这就是300万像素。2048X1536就是说在宽度方向有2048个像素，在高度方向有1536个像素。2048X1536=3145728，我们就称其为300万像素（因为1K=1024，1M=1048576）。
而后面的16M是指颜色深度。每个像素是有颜色的，而每像素的颜色用3个BYTE来记录，分别是红，绿，蓝。每BYTE可以记录256个层次，因此共可记录256X256X256=16777216种不同的颜色，即16M，也称为24位颜色深度。因此，如果按RGB颜色记录一个2048X1536像素的图像文件，就要2048X1536X3=9437184个BYTE，即9MB，再加上文件头等其他信息，最终要大于9MB。
不过数码相机平时多数用JPG格式，这是一种有失真的，压缩比较大的图像文件格式，一般情况下，2048X1536像素的JPG文件根据其压缩比的不同文件尺寸也不同，大约在1-2MB左右。同样也可以计算出1600X1200X16M等其他像素的文件大小。
由此可见，2048X1536X16M与1600X1200X16M的照片，包含的像素点是不一样的，也就是说其信息含量是不一样的。如果用同样的输出分辨率来打印照片，得到的照片大小是不一样的，反过来，如果输出同样大小的照片，照片上单位长度里的像素点数是不一样的，也就是照片的细腻程度是不一样的。
打印机和数码冲印
从上面的讨论中我们可以看出，数码相机的分辨率并非真正的分辨率（Resolution），而是像素数(Pixel)。这个分辨率与打印或者数码冲印出来的照片质量并无直接的关系。决定照片质量的是打印机或者数码冲印设备的输出分辨率。
第六章像差计算
第六章像差计算
6.1 光学系统的像差
这⾥将提供像差的数值计算。掌握各种像差的基本概念．特别是初级像差。以及各种表⾯和薄透镜的三级像差贡献。
光学计算通常要求6位有效数字的精度，这取决于光学系统的复杂程度、仪器精度和应⽤的领域。三⾓函数应在⼩数点后⾯取6位数，这相当于0.2弧秒。这样的精度基本上满⾜了绝⼤多数使⽤要求。当然，结构尺⼨较⼤的衍射极限光学系统要求的精度
⽐这还要向些。
光学计算所花费的时间明显地取决于设计者的技巧和所使⽤的计算设备的先进程度。计算技术发展到今天，就是使⽤普通的个
⼈计算机，光学计算所需的时间也已经很少了。但要对⼀个复杂的系统进⾏优化设计，特别是全局优化设计时．还是要花费⼀
定的时间的。
关于如何进⾏光学设计，⼀直有两种观点。⼀种观点主张以像差理论为基础，根据对光学系统的质量要求，⽤像差表达式，特
别是⽤三级像差表达式来求解光学系统的初始结构，然后计算光线并求出像差，对其结果进⾏分析。如果不尽⼈意，那么就要
在像差理论的指导下，利⽤校正像差的⼿段(弯曲半径，更换玻璃、改变光焦度分配等)，进⾏像差平衡，直到获得满意的结
果。如果最后得不到满意的结果，那么就要重新利⽤像差理论求解初始结构，⽽后再重复上述的过程，直到取得满意的结果。
另⼀种观点是从现存的光学系统的结构中找寻适合于使⽤要求的结构，这可从专利或⽂献中查找，然后计算光线，分析像差，
采⽤弯曲半径，增加或减少透镜个数等校正像差的⼿段，消除和平衡像差，直到获得满意的结果。对于常规物镜，如Cooke三
⽚，双⾼斯、匹兹⽡尔物镜等．常采⽤这种⽅法。这种⽅法需要计算⼤量的光线(计算机发展到今天。这已不成问题)，同时需
要光学设计者有较丰富的设计经历和经验．以便对设计结果进⾏评价。
通常我们可以把⼆者结合起来，以像差理论为指导，进⾏像差平衡。特别是计算机发展到今天，光学计算已经不是⼲扰光学设
计者的问题了。对于常规镜头，通常不再需要像以前那样从求解初始结构开始，⽽是根据技术指标和使⽤要求、从光学系统数
第五节光学系统像差实验
一、引言
如果成像系统是理想光学系统，则同一物点发出的所有光线通过系统以后 应该聚焦在理想像面上的同一点，且高度同理想像高一致。但实际光学系统成像 不可能完全符合理想，物点光线通过光学系统后在像空间形成具有复杂几何结 构的像散光束，该像散光束的位置和结构通常用几何像差来描述。
二、实验目的
掌握各种几何像差产生的条件及其基本规律，观察各种像差现象 三、基本原理
光学系统所成实际像与理想像的差异称为像差，只有在近轴区且以单色光所 成像之像才是完善的（此时视场趋近于0,孔径趋近于0）。但实际的光学系统均 需对有一定大小的物体以一定的宽光束进行成像， 故此时的像已不具备理想成像 的条件及特性，即像并不完善。可见，像差是由球面本身的特性所决定的，即使 透镜的折射率非常均匀，球面加工的非常完美，像差仍会存在。
几何像差主要有七种：球差、彗差、像散、场曲、畸变、位置色差及倍率色 差。前五种为单色像差，后二种为色差。
1. 球差
轴上点发出的同心光束经光学系统后， 不再是同心光束，不同入射高度的光 线交光轴于不同位置，相对近轴像点（理想像点）有不同程度的偏离，这种偏离 称为轴向球差，简称球差（6L"）。如图1-1所示。
Lin
图i-i轴上点球差
2. 慧差
彗差是轴外像差之一，它体现的是轴外物点发出的宽光束经系统成像后的失 对称情况，彗差既与孔径相关又与视场相关。 若系统存在较大彗差，则将导致轴 外像点成为彗星状的弥散斑，影响轴外像点的清晰程度。如图 1-2所示。 3像散
像散用偏离光轴较大的物点发出的邻近主光线的细光束经光学系统后， 其子
午焦线与弧矢焦线间的轴向距离表示：
Xts 二人 - Xs
式中，Xt ,Xs分别表示子午焦线至理想像面的距离及弧矢焦线会得到不同形状的
物至理想像面的距离，如图1-3所示。
图1-3像散
当系统存在像散时，不同的像面位置会得到不同形状的物点像。若光学系统 对直线成像，由于像散的存在其成像质量与直线的方向有关。 例如，若直线在子 午面内其子午像是弥散的，而弧矢像是清晰的；若直线在弧矢面内，其弧矢像是 弥散的而子午像是清晰的；若直线既不在子午面内也不在弧矢面内， 则其子午像 和弧矢像均不清晰，故而影响轴外像点的成像清晰度。
CCD像素、视野、分辨率
1、什么是相机像素（Pixel）？
像素是衡量相机的重要指标。它由相机内光电传感器上光敏元件的数量所决定。⼀个光敏元件就对应⼀个像素。因此像素越⼤，意味着光敏元件越多，相应的相机硬件成本就越⾼。
例如：⼀个相机最⼤可以拍出1600像素×1200像素的相⽚，它的像素值就是1600×1200=192万，约等于200万，这就是⼀台200万像素的相机。数码相机的“多少万像素”的概念就是这样来的。
2、什么是相机视野？（FOV=Field of View）
是指相机实际拍摄范围的⼤⼩，并不是被测物体的⼤⼩。⼀般规定相机在Y ⽅向所能拍摄到的最⼤实际距离称为视野。（单位：mm）
正常：1英⼨=25.4mm=2.54cmCCD领域：1英⼨=16mm
如上图CCD每格像素尺⼨为4.4um*4.4um，根据相机的像素计算CCD尺⼨。如200万相机，长1600*4.4=7.04mm，宽1200*4.4=5.28mm，对⾓线长度为9mm，CCD的尺⼨为9mm/16mm=1/1.8英⼨。
以欧姆龙FZ-S5M2、FZ-S2M、FZ-S为例：CCD相机500万像素200万像素30万像素像素尺⼨ 3.45um 4.4um 7.4um 2/3英⼨1/1.8英⼨1/3英⼨
FOV=CCD/β，视野=相机Y⽅向尺⼨/镜头光学放⼤倍数。镜头放⼤倍数越⼤，视野越⼩，分辨率越⾼。
3、什么是分辨率？（Resolution）
分辨率等于所拍摄物体的⼤⼩(mm)除以像素数(pixel)，单位(mm/pixel )。分辨率由相机的像素以及Y⽅向的检测视野来决定。
4、什么是景深？（DOF=Depth of Field）
景深是指在镜头成像的垂直⽅向上（即Z⽅向），能够清晰成像的前后距离。在许多应⽤中，我们总希望镜头的景深⾜够⼤，可以通过降低镜头的通光量，也就是将光圈减⼩，光圈的F值调⼤。如下图所⽰，表⽰F值与光圈⼤⼩之间的关系（光圈值 F越⼩，通光孔径越⼤。）。
