DOF 是什麼？
圖片來源：Cognex Corporation
DOF（Depth of Field，景深）是相機在工作距離前後「能保持清晰對焦的範圍」。
工件如果是平面（如 PCB 銅箔），DOF 影響小。工件有高低差（如組裝半成品、立體零件、散裝箱）時，DOF 決定能否完整拍清楚。
範例：
- DOF = 5 mm：工件高低差 5mm 內都清晰
- DOF = 50 mm：散裝箱內物件高低變化 50mm 內都清晰
DOF 的 4 大影響因素
1. 光圈（Aperture，F 值）
最大影響因素：
| F 值 | 光圈 | DOF | 亮度 |
|---|---|---|---|
| F2.8 | 大 | 淺 | 亮 |
| F8 | 中 | 中 | 中 |
| F16 | 小 | 深 | 暗（需強燈光） |
實務：F8-F11 是工業視覺常用平衡點。
2. 焦距
- 短焦距（廣角鏡）→ DOF 深
- 長焦距（望遠鏡）→ DOF 淺
3. 工作距離
- 遠 Working Distance → DOF 深
- 近 Working Distance → DOF 淺
4. 像素尺寸（CoC，容許模糊圈）
- 高解析度感光元件（小像素）→ DOF 較淺（要求更高清晰度）
- 低解析度感光元件（大像素）→ DOF 較深
DOF 與光圈權衡
縮光圈得到大 DOF 的代價：
- 亮度下降 — F2.8 → F16 = 亮度減為 1/32
- 需更強燈光 — Cognex LED 補強或同步閃光燈
- 曝光時間變長 — 拍移動物件會模糊
經驗法則：光圈每縮 1 級，需要 2 倍亮度。DOF 與亮度永遠是 trade-off。
DOF 不夠時的 5 大解決方案
方案 1：縮光圈（加大 F 值）
- 最簡單但需強光（Cognex 高亮 LED 配套）
方案 2：增加 Working Distance
- 拉遠相機（但 FOV 也會變大、精度降）
方案 3：換短焦距鏡頭
- 但 FOV 變大、邊緣畸變大
方案 4：使用 Telecentric Lens（遠心鏡頭）
- DOF 大、無透視變形
- 高精度精密量測首選
- 成本高
方案 5：3D 視覺
工程師常見問題
Q1：DOF 多少才夠？
A：DOF ≥ 工件最大高低差 × 1.5。預留 50% 容差應對產線位置變動。
Q2：高 F 值（小光圈）能無限縮嗎？
A：不行。F16 以上會出現「衍射現象」反而降低清晰度。實務上 F8-F11 是黃金平衡點。
Q3：散裝箱（Bin Picking）DOF 需求多大？
A：通常 100-300mm（取決於箱深）。一般 2D 視覺鏡頭做不到，需 3D 視覺（Cognex 3D-A1000 / In-Sight 3D-L4000）。
Q4：Cognex 內建自動對焦能解決 DOF 問題嗎？
A：部分能。自動對焦（如 In-Sight 3800 含液態鏡頭）能即時調整焦點。但同一張影像 DOF 仍受光圈限制。複雜高低差需 3D 視覺。
DOF 不夠怎麼辦？
VSK 提供光學設計服務：
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- Telecentric 鏡頭推薦 — 高精度應用首選
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Depth of Field 計算公式（公開光學原理）
景深 (Depth of Field, DOF) 為相機合焦範圍前後的可接受清晰區域、與下列參數相關：
- 近點 (DN) = (H × s) / (H + (s - f))
- 遠點 (DF) = (H × s) / (H - (s - f))
- H = f² / (N × c) + f（hyperfocal distance）
- 其中：f = 焦距 (mm)、N = 光圈值 (F-number)、c = 容許圓 (circle of confusion)、s = 對焦距離 (mm)
工業視覺常用簡化關係：DOF ∝ N × c × s² / f²（光圈越小 / 工作距離越遠 → DOF 越大）〔來源:光學公開技術文獻、Wikipedia "Depth of field"〕。
工業視覺 DOF 實務考量
- 固定焦距鏡頭 — DOF 由光圈控制、犧牲亮度換景深
- 液態鏡頭 / HSLL — 動態對焦補償工作距離變化、不需深 DOF（Cognex 旗艦條碼讀取器多採用）
- 遠心鏡頭 (Telecentric) — DOF 行為特殊、影像放大率不隨對焦距離改變
具體 DOF 表現依鏡頭規格而異、請參考鏡頭製造商 datasheet。
