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鏡頭基本知識和選型方法
鏡頭技術(shù)指標(biāo)
一、焦距
入射光平行于鏡頭光軸入射時,鏡頭后主點(diǎn)到成像面的距離,稱為焦距。衡量光學(xué)系統(tǒng)對光線聚集或散發(fā)的程度。
二、視場角
視場角是指鏡頭相對成像面的張角。視場角由鏡頭焦距和像面尺寸決定,焦距越大,視場角越小,焦距越短,視場角越大。若Y為sensor的短邊尺寸,則短邊視場角20=2xarctany/2/f)
三、工作距離
鏡頭聚焦清晰時,被測表面與鏡頭最前端的距離稱為鏡頭的工作距離。
四、視野范圍
視野范圍是指物體被成像的實(shí)際范圍。
五、光圈
光圈數(shù)又稱為F數(shù),是像方焦距與鏡頭入瞳直徑的比值,光圈數(shù)越大,鏡頭相對孔徑越小,進(jìn)光量越小,圖像亮度越暗,景深越大。
六、景深
被攝物體能夠清晰成像的前后距離范圍。無需重新對焦,在一定工作距離內(nèi)依舊可以成像清晰,這個成像清晰的距離就是景深。
由景深計(jì)算公式可以得到
(1)鏡頭光圈越大,景深越小 (3)鏡頭對焦距離越近,景深越小
(2)鏡頭焦距越長,景深越小 (4)后景深大于前景深
七、分辨率
一般用像方空間分辨能力來描述鏡頭的解像力,單位為每mm內(nèi)的黑白線對數(shù)(1p/mm);在搭配相機(jī)使用時,鏡頭可分辨的黑白線對寬度應(yīng)小于或等于相鄰兩個像元尺寸;實(shí)際應(yīng)用中建議鏡頭的分辨率要高于相機(jī)的分辨率。
八、畸變
畸變表征物體被鏡頭所成像與真實(shí)形狀的失真程度,常見類型有桶形畸變和枕形畸變。
(1)鏡頭畸變大小與視場角有關(guān)系,與鏡頭光圈無關(guān);
(2)畸變有助于實(shí)現(xiàn)大視場角,但因失真高對檢測不利。
九、靶面大小
鏡頭最大成像面指經(jīng)過鏡頭后所成像的最大范圍,當(dāng)其小于圖像傳感器尺寸時,將出現(xiàn)暗角或黑邊。
十、相機(jī)接口
相機(jī)接口為相機(jī)與鏡頭的連接方式,保證鏡頭安裝緊固不松動和鏡頭所需后焦。鏡頭法蘭口即鏡頭安裝承靠面與成像面的距離稱為法蘭后焦,不同鏡頭的法蘭后焦不同,影響鏡頭對焦距離、清晰度。
鏡頭選型流程
一、計(jì)算鏡頭焦距
例:如選用500M相機(jī),像素?cái)?shù)2448×2048,像元大小3.45um,要求工作距離在400mm以內(nèi),檢測范圍120×100mm,則鏡頭焦距為多少?
像面大?。?448×45um=8.45mm
利用
根據(jù)焦距計(jì)算結(jié)果可選用焦距25mm的鏡頭,選用比計(jì)算結(jié)果小的焦距可以更好的覆蓋檢測范圍。
二、計(jì)算鏡頭像面
再根據(jù)選用的相機(jī)500M,靶面大小為2/3英寸,鏡頭的像面要大于等于相機(jī)的靶面,則鏡頭需要選用2/3英寸以上的像面。
初步選型鏡頭
三、計(jì)算相機(jī)視野范圍和鏡頭視場角
例:選用130M相機(jī),像素?cái)?shù)1280×1024,像元大小4.8um,鏡頭焦距6mm,工作距離400mm,計(jì)算相機(jī)的視野范圍和鏡頭視場角?
像面大小:H=1280×4.8um=6.144mm,V=1024×4.8um=4.9152mm
利用
計(jì)算相機(jī)視野范圍:
X=6.144×400/6=409.6mm;Y=4.9152×400/6=327.68mm
計(jì)算鏡頭視場角:
利用:2θ=2xarctan(y/2/f)
20θx=2xarctan(6.144/2/6)=54°;20y=2xarctan(4.9152/2/6)=44.5°
說明:工作距離較近時,計(jì)算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果會有一定差異,計(jì)算數(shù)據(jù)可供參考,以實(shí)測為主。
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