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光源和变倍镜头怎么配？换倍率后亮度为什么变了
「低倍时刚好，切到高倍就黑了」——这是变倍镜头项目里最常见的抱怨。它不是灯的问题，也不是镜头的问题，而是两者之间的账没算。本文说清楚这笔账怎么算。
为什么换倍率亮度会变
变倍镜头在不同倍率下，有效通光孔径与视野面积同时变化，到达传感器的单位面积光量随之改变。
表现规律通常是：倍率越高（视野越小），图像越暗。因为进入镜头的光锥变小，而传感器单位面积要凑够同样的灰度，就需要更多的照度或更长的曝光。
倍率与视野、工作距离的关系见变倍镜头总倍率与视野计算；亮度变化的完整说明见变倍倍率与图像亮度变化。
手动变倍：把每一档当成独立工况
手动变倍镜头的特点是档位离散，每档的倍率、视野、工作距离都相对固定。
这反而是好事：可以把每一档当成独立工况分别调好并记录，换档时按记录恢复。
建议为每档记录四个量：
- 倍率与视野
- 工作距离：各档实际工作距离的确认方法见变倍镜头工作距离真实值
- 光源亮度档位
- 曝光时间与增益
手动与电动变倍的选型差异见手动与电动变倍镜头怎么选。
电动变倍：让亮度跟着倍率走
电动变倍镜头可以连续切换倍率，如果照明是固定的，就会出现在某个倍率区间偏暗、另一个区间过曝。
三种解法，代价递增：
- 选一个折中亮度：把整段倍率范围的灰度都压在可用区间内。最省事，但两端都不在最优
- 亮度跟随倍率联动：倍率变化时同步调整光源亮度或曝光时间。需要控制器支持，但效果最好
- 换成自动光圈或自动曝光：交给相机侧闭环，但要注意闭环会让灰度目标漂移，测量类任务慎用
电动变倍的集成与指令控制见电动连续变倍镜头串口指令详解；切换倍率后位置变化的说明见切换倍率后检测位置为什么会变。
换倍率后必须复核的四个量
不管手动还是电动，换档之后都要复核：
- 灰度：感兴趣区域平均灰度是否还在目标区间
- 均匀性：发光面是否还盖得住新视野，判据见光源均匀性怎么判断和改善
- 景深：倍率变化会改变景深，高倍下景深通常变小
- 边缘位置：测量类任务要重新做一次重复性验证
第三点最容易被漏：倍率上去以后景深变浅，原本能看清的高度差现在虚了，排查顺序见景深不够怎么办。
怎么把照明设计成「换档不用重调」
如果产线需要频繁换倍率，可以在照明设计阶段就做三件事来减少重调：
- 发光面按最大视野选：保证低倍时也能盖住，代价是高倍时亮度偏低，用功率补回来
- 光源功率留出跨档余量：按最高倍率所需亮度选功率，低倍时用控制器调低，供电与余量算法见光源 24V 供电和控制器怎么配
- 用同轴结构：同轴光的能量利用率高于环形光，跨倍率时的亮度落差相对小
如果三种手段都用上仍有明显落差，就应该考虑频闪按倍率分段，时序要求见频闪照明与相机触发同步。
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常见问题
为什么变倍镜头换一档亮度就变了
因为变倍镜头在不同倍率下，有效通光孔径与视野面积同时变化，到达传感器的单位面积光量随之改变。通常规律是倍率越高也就是视野越小图像越暗，因为进入镜头的光锥变小，而传感器单位面积要凑够同样灰度就需要更多照度或更长曝光。这不是灯的问题也不是镜头的问题，是两者之间的账没算。
手动变倍镜头怎么处理亮度变化
把每一档当成独立工况分别调好并记录。手动变倍的特点是档位离散，每档的倍率、视野、工作距离都相对固定，这反而便于固化参数。建议为每档记录四个量：倍率与视野、工作距离、光源亮度档位、曝光时间与增益，换档时按记录恢复。
电动变倍镜头换倍率后偏暗怎么办
三种解法代价递增：一是选一个折中亮度，把整段倍率范围的灰度都压在可用区间内，最省事但两端都不在最优；二是亮度跟随倍率联动，倍率变化时同步调整光源亮度或曝光时间，需要控制器支持但效果最好；三是换成自动光圈或自动曝光交给相机侧闭环，但闭环会让灰度目标漂移，测量类任务慎用。
换倍率以后要复核哪些东西
四个量：灰度，看感兴趣区域平均灰度是否还在目标区间；均匀性，看发光面是否还盖得住新视野；景深，倍率变化会改变景深，高倍下景深通常变小；边缘位置，测量类任务要重新做一次重复性验证。其中景深最容易被漏，倍率上去以后景深变浅，原本能看清的高度差现在虚了。
能不能做到换倍率不用重调照明
可以在设计阶段做三件事减少重调：发光面按最大视野选，保证低倍时也能盖住，代价是高倍时亮度偏低、用功率补回来；光源功率留出跨档余量，按最高倍率所需亮度选功率，低倍时用控制器调低；用同轴结构，同轴光的能量利用率高于环形光，跨倍率时的亮度落差相对小。三种手段都用上仍有明显落差时，可以考虑频闪按倍率分段。
变倍镜头的工作距离该怎么确认
各档实际工作距离要分别确认，不能只看标称值。倍率、视野、工作距离三者的关系是绑定的，工作距离确认方法可以参考变倍镜头工作距离真实值专页；总倍率与视野的计算方法也有专页。记录时要按档位逐档记录而不是记一个值。
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