树莓派摄像头模糊，手动调整对焦

设备: Raspberry Pi 3 B+
摄像头: Raspberry Pi Camera v2.1

之前用树莓派搭了一个简易植物拍摄台，用来拍家里橘子从种子到发芽的延时视频。看了第一版的视频原片，橘子苗看上去特别模糊，镜头聚焦在了后面，比如背景中的地板纹路就很清楚。

就这原片的拍摄质量，我也不期望能拍出什么大片，毕竟就十块钱的摄像头。抱着试一试的心态，我决定捣鼓下能不能改进摄像头的对焦。

如何调整树莓派摄像头的对焦?

原厂出品的树莓派摄像头 V2.1 版是定焦镜头，意味着镜头不支持自动对焦，也不支持程序对焦，镜头是固定好了的。但这款摄像头设计时留了些调整的空间，如果仔细观察，可以看到摄像头其实拧进去的。只要把胶水去掉（拧起来松动后胶水自动就没了），摄像头便可以通过转一转来调整相距（镜头与感光元件间的距离），从而达到调整物距（物体与镜头的距离）的目的。

看上去一个不起眼的设计，反倒成了一个非常不错的低成本调焦方案！

仔细看图中标注的部分，可以转的镜头是最中心十字花状的部分，调整时可以用镊子或者其他尖锐工具。

工作原理

为什么调整摄像头的位置可以改变焦距呢？

为了简化摄像头的结构，可以看下面的简图。摄像头的感光元件位于底部，镜头在上方。当我们旋转镜头时，镜头的高度便会发生变化，从而调整了相距。

当我们缩小相距 v，物距 u 相应地会变大。

• v: 相距, 感光元件与镜头的距离
• u: 物距, 镜头与物体的距离

这里不得不提的著名焦距计算公式：

1/v + 1/u = 1/f

我们知道，当镜头生产出来后，其焦距便已经固定了，镜头的焦距由镜头的几何形状决定。根据成相原理，上述公式右半部分是定值，左半部分 v 和 u 成负相关，即一个值变小，另一个值便会变大。所以，在树莓派这个摄像头上，当我们增加相距，物距便会减小，从而达到了聚焦点从背景往前移动的目的。

动手实验

实验开始！经过几次动手尝试，我建议大家先顺时针旋转，将镜头拧到最里面（不要拧得太紧），此时相距最小，物距最大。接下来，慢慢将镜头逆时针拧出来，相距逐渐变大，物距慢慢缩小。这样做有几点好处：

• 如果一开始胡乱左右乱拧，很容易错过最佳对焦距离，因为你也不知道自己拧到了什么程度
• 如果一开始就逆时针将镜头往外拧，很容易不小心把镜头拧掉出来，一旦镜头出来，安回去就比较麻烦，因为卡位实在太小

当镜头拧到最里面，我们需要慢慢把它拧出来时，我们可以每旋转45到90度就拍一张照，最好能够在一个固定位置，选择既有近景又有远景的角度，这样便于更好的观察调整效果。摄像头拍摄的命令可以用下面的例子，每次执行时可以换不同的文件名，这样可以拿新老图片前后对比。

raspistill -o test.jpg

下面是我调焦过程中的实验图片：

可以看出，最后一张时焦点已经落在笔记本键盘附近了（因为是手持拍摄，加上夜晚光线不好，所有有些模糊是由手抖动导致的）。

注意点

• 实验过程要当心，尖锐工具使用时别伤了自己
• 旋转镜头时不要用力过猛，摄像头芯片和镜头都很脆弱
• 在逆时针旋转镜头时，注意不要旋转过多，一旦镜头掉出来就麻烦了
• 有些人建议每一步都将摄像头拆下来调整，然后再装上去拍照看效果，我直接连着树莓派测试，好像也没什么问题

最后，特别感谢苹果摄像头专家胡博士的建议，他给的方程是本实验的理论基础！