如何使用 Specim 高光谱相机计算景深 (DoF)？

每个光学成像系统都有景深 (DoF)。它被定义为清晰聚焦的最近和最远物体之间的距离。 DoF 应与另一种光学属性（称为焦深）不同，后者是指与镜头位置有关的图像平面放置的公差（图 1）。

DoF = 景深

CoC = 混乱圈

WD = 工作距离；这是样品与前物镜第一表面之间的距离。

测量非平面样品时，成像系统的自由度至关重要。它可以在实验室、工业系统和遥感应用中。 DoF 可以估计如下 [1]。

其中 u 代表工作距离 (WD)，N 是 f 值，c 是模糊圆，f 是焦距。请注意，方程（1）没有考虑镜头像差。在某些情况下，当弥散圈相对于光圈小到可以忽略不计（c²趋于0），并且工作距离明显大于焦距（𝑢 − 𝑓 ≈ 𝑢）时，可以近似方程（1）由[1]。

DoF 的四大支柱

可以看出，DoF 取决于四个参数：

我。工作距离：DoF 随着测量距离的增加而增加。请注意，这是以对象的空间采样为代价的。

二.镜头的光圈，以 F 值表示：F 值较大的系统将具有较大的 DoF。然而，进入系统的光会减少，这将以牺牲积分时间为代价。

三.弥散圆（CoC）：这通常对应于空间维度中沿着狭缝、狭缝水平的像素大小（还考虑到系统的放大倍数）。具有大像素的相机将具有大景深。这也意味着空间合并会增加自由度。

PS：实际上，（CoC）受到系统光学分辨率的限制，但不受探测器像素大小的限制。使用像素大小作为 CoC 给出 DoF 的最小近似值。
四.前置物镜焦距：焦距增大，景深减小。实际上，具有更宽视场的镜头具有更大的自由度。
上述所有内容表明，大自由度的高空间分辨率只能以高 F 数（较低的吞吐量和较长的积分时间）为代价来实现。

使用 Specim 相机：

用户必须填写 CoC、F 数、工作距离和焦距作为输入。

• 作为输出，用户可以获得超焦距、焦点的近距和远距限制以及景深。
• 下表 1 列出了使用 Specim 相机计算 DoF 时应使用的参数。除了此表外，还提供了用于计算 DoF 的 Excel 表。

一些实用的技巧

• 定义图像清晰度的阈值并不容易。这就是为什么上述结果需要被视为近似值。
• 如果要测量不平坦的样品，则不应将焦点调整在图像平面的底部（样品托盘水平），而应调整在样品高度的中间。如果我们假设 DoF 为 10 cm，则应在约 10 cm 处进行对焦。距样品盘 5 厘米。
• 用于遥感的 Specim 相机（例如 Specim AFX 系列）始终聚焦于无穷远。然后，所有超焦距以上的物体都会清晰成像。

免责声明

本技术说明由 Specim、Spectral Imaging Ltd. 编写，仅供一般指导。我们保留修改内容的所有权利。

参考

1. H.格罗斯、F.布莱钦格和B.阿赫特纳。光学系统手册。光学仪器综述，卷。 4.威利，2008。