F-number

2020-12-17 17:24:53 浏览:926

定义

F-number通常被用来描述光学系统(如照相机镜头)的焦距与入射光瞳的直径之比。F-number是一个无因次的量,是镜速的定量度量,是摄影中的一个重要概念,也被叫做"F比例"、"相对孔径"、"光圈值"等。它是相对孔径的倒数。F-number的表达式可写成:

这里,f代表焦距,D为入射光瞳的直径(有效孔径)。F-number通常标记成f/N.例如,如果一个镜头的焦距是10毫米,它的入口瞳孔直径是5毫米,则f-number是2,表示成“f/2”。

不考虑光线传输效率的差异,f值较大的镜头可以拍摄出较暗的图像。投影图像的亮度(照度)相对于镜头视场的亮度随f值的平方而减小。将f数增加一倍会使相对亮度降低四倍。当f值增加一倍时,为了保持相同的曝光,曝光时间需要增加四倍。

大多数镜头都有一个可调节的光圈,它可以改变光阑的大小,从而改变入射光瞳的大小。

由于透镜元件在孔径前的放大效应,使得入射光瞳的直径不一定等于光阑的直径。

100毫米焦距f/4镜头的入口瞳孔直径为25毫米。200mm焦距f/4镜头的入口瞳孔直径为50mm。200毫米镜头的入口瞳孔的面积是100毫米镜头入口瞳孔的四倍,因此从镜头视野内的每个物体收集的光线是100毫米镜头的四倍。但是,与100毫米镜头相比,200毫米镜头投射出的图像是每个物体的两倍高,两倍宽,覆盖了四倍的面积,因此,两个镜头在对给定亮度的场景成像时,在焦平面产生相同的照度。

相应地,超声成像系统中也引入了F-number的度量。在超声系统中,F-number表示成:

这里,fl是焦距(换能器表面到焦区中心的距离),是孔径大小。F-number是用来衡量聚焦程度的一个非常重要的参数。

F-number在超声动态孔径技术有着非常重要的应用,在超声动态孔径技术需要保持F-number为一常数。由于波束宽度与F-number成正比,而波束宽度由决定了图像的横向分辨率。因此,当焦点深度不断增加时,孔径 也随着fl 的增加不断扩大(动态孔径技术),从而保证最大扫描深度范围内的波束宽度近乎为常数,使整场图像的横向分辨率保持均匀。

参考文献

[1] https://en.m.wikipedia.org/wiki/F-number

参阅:动态孔径、镜速

超声成像

作          者: 泮桥成像光电商城

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