相机镜头原理及其选型
- 格式:pdf
- 大小:2.03 MB
- 文档页数:15
工业相机镜头地全参数及选型工业相机是一种专门用于工业应用的相机,具有快速捕捉图像和高精度检测的特点。
而镜头则是相机成像质量的重要组成部分。
本文将从工业相机镜头的工作原理、参数以及选型等方面进行详细介绍。
一、工业相机镜头的工作原理二、工业相机镜头的参数1.焦距:焦距是指从镜头光轴上虚拟焦点到镜头物镜的距离,决定了物体成像的大小。
2.光圈:光圈是指透过镜头的光线的直径,决定了镜头的透光量。
光圈越大,透光量越大,但景深会减小。
3.滤光片:滤光片用于过滤一些波长的光线,可根据需求选用不同滤光片,如红外滤光片、紫外滤光片等。
4.分辨率:分辨率是指图像中可区分出的最小单位,通常用像素表示。
分辨率越高,图像越清晰,但也会增大数据量。
5.畸变:畸变是指由于镜头制造或成像等原因,在图像中出现的形变。
工业相机需要尽可能低的畸变,以保证测量的准确性。
6.变焦和变倍:有些工业相机镜头具备变焦和变倍功能,可以根据需求调整焦距和视野范围。
7.耐用性:工业相机镜头需要具备较高的耐用性,能适应不同工作环境的要求。
三、工业相机镜头的选型在选择工业相机镜头时,需要考虑以下几个方面:1.图像质量:镜头的分辨率、畸变、透光量等参数决定了图像的质量,根据不同应用需求选择合适的镜头。
2.适应环境:工业相机常用于恶劣的工业环境中,需要选择具备较高耐用性和防护性能的镜头。
3.成本因素:工业相机镜头的价格相对较高,需要根据预算选择合适的镜头。
4.应用需求:根据不同的应用需求,如测量、检测、识别等,选择适合的焦距、视野范围等参数的镜头。
四、工业相机镜头的品牌推荐目前市场上有许多知名的工业相机镜头品牌,如Schneider-Kreuznach、Zeiss、Tamron、Fujinon等。
这些品牌都有丰富的工业相机镜头产品线,能够满足不同应用需求。
结语:工业相机镜头作为工业相机的核心部件,对图像质量和成像效果起到关键作用。
在选型过程中,需要根据应用需求、成本因素等综合考虑,选择适合的镜头。
镜头成像原理摄像机镜头是现代摄影、电影和视频拍摄中最重要的组件之一。
镜头通过其精密而复杂的设计和结构,能够将光学信号转化为图像和视频。
镜头的成像原理可以在数学和物理的基础上解释,但这里将简要地介绍一下最常见的几种镜头类型的原理及其特点。
一、恒定光学镜头恒定光学镜头,也称为固定焦距镜头或非变焦镜头。
这种镜头的设计通常包括一组固定的光学玻璃元件,它们的功能是通过各自的形状、大小和位置来控制光线的透射和聚焦。
这种镜头没有任何焦距的可调节部分,因此只能提供一个固定的焦点和景深。
恒定光学镜头最大的优点在于,它们可以提供出色的光学质量和高清晰度,因为它们没有任何复杂的移动部件来影响镜头的性能。
另外,这种镜头构造简单,便于制造,价格相对便宜。
但缺点是它们不能改变焦距,限制了它们在某些情况下的灵活性。
二、变焦镜头变焦镜头是一种具有可调焦距的镜头。
在这种镜头中,像素距离相对于焦距的比率可以通过镜头设计来改变。
这允许变焦镜头在不同的距离和场景之间进行自动远焦和近焦(缩放),以及手动调整焦点。
变焦镜头有不同的形状和尺寸,包括变焦量程和口径大小不同的大变焦镜头和小变焦镜头。
变焦镜头的主要优点在于它们能够根据需要随时调整焦点,并适应快速变化或长时间变化的环境。
不仅如此,它们还可以在同一个焦段内捕捉多个不同的画面,而不需要拍摄时重新装配镜头。
缺点是它们比恒定光学镜头复杂得多,因为它们有更多的光学元件和可调整的动力模块。
而且,由于变焦镜头需要进行焦点调整,因此可能会消耗更多的能量和时间,影响你的拍摄组合。
三、鱼眼镜头鱼眼镜头是一种特殊的镜头类型,它可以提供 180 角度的全景拍摄。
鱼眼镜头的成像原理是在长焦距小型散光面表面上“加入”了对非对称光学玻璃透镜集的三星面弧级聚焦透光组成物。
幅面越大,则圆度越从容,圆度不够在影像的边角处易出现变形及严重的像差污染。
处理这些问题,需要采用准确控制的光学玻璃原材料,并精密设计与制造成一个弧分较尽、配合紧密、带居中遮荫的结构。
相机镜头光学原理
相机镜头的光学原理是基于折射和聚焦的原理。
当光线从一个介质进入到另一个介质时,会发生折射现象,即光线改变传播方向。
镜头由多个玻璃或塑料组成,每个镜片都有不同的折射率和形状,以便通过改变光线的传播方向和强度来实现对图像的聚焦和调整。
在相机镜头中,有两种主要类型的透镜:凸透镜和凹透镜。
凸透镜能够将光线聚焦在一个点上,称为焦点。
当物体位于焦点之外时,凸透镜会将光线聚集到焦点上形成一个实像。
而当物体位于焦点之内时,凸透镜会使光线发散,形成一个虚像。
相机镜头通常由多个透镜组成光学系统,以解决图像畸变和色差等问题。
这些透镜通过组合和调整来实现所需的聚焦和调焦效果。
焦距是用来描述镜头对光线聚焦能力的参数。
焦距越短,镜头的视角越大,从而可以拍摄到更多的场景。
而焦距越长,镜头的视角则越窄,适合拍摄远处的主体或进行远焦拍摄。
光圈是相机镜头上一个重要的参数,用来控制进入镜头的光线的数量和强度。
光圈通过改变镜头的孔径大小来调节光线的进入量。
光圈越大,进入镜头的光线越多,图像会更亮。
光圈越小,进入镜头的光线越少,图像会更暗。
此外,光圈还会影响景深,即图像前后景物的清晰范围。
总之,相机镜头的光学原理是基于折射和聚焦的原理。
透镜的形状、折射率以及焦距等参数的调节,以及光圈的控制,都对最终得到的图像质量和效果产生重要影响。
相机镜头的工作原理相机镜头作为摄影中不可或缺的一个重要部件,其性能和特性直接影响到拍摄的效果。
了解相机镜头的工作原理,不仅有助于选择合适的镜头,还能提升摄影技术水平。
本文将详细探讨相机镜头的基本构造、光学原理、对焦机制以及影响拍摄效果的因素。
一、相机镜头的基本构造相机镜头的构造可以视为一系列光学元素(透镜)组合而成,主要包括:透镜:镜头中的主要光学部分,通常由多块玻璃或塑料透镜构成。
这些透镜通过光线折射将景物聚焦到相机传感器上。
透镜的形状、材料和涂层都会影响最终图像的质量。
光圈:光圈是控制进入镜头光量大小的机械装置。
它可以根据拍摄需求进行调节,通常以f-stop(例如f/2.8、f/4等)表示。
光圈不仅影响图像亮度,还对景深有着显著的影响。
对焦系统:对焦系统负责调整透镜的位置,以便将被摄物体清晰地聚焦在图像传感器上。
对焦方式分为手动对焦和自动对焦两种。
滤镜座:某些镜头可配备滤镜,以提升照片效果或保护透镜。
例如,偏振滤镜能减少反射和增强色彩饱和度。
外壳:相机镜头的外壳通常由金属或塑料制成,起到保护内部组件以及与相机主体连接的作用。
二、光学原理1. 光线传播当光线从一个物体出发并经过空气传播时,它会以直线形式传播。
在光线经过不同介质(如空气与玻璃)的交界面时,由于光速变化,光线会发生折射。
这种折射现象是相机镜头设计的重要基础。
2. 透镜成像原理透镜通过折射光线,使其汇聚成为一个清晰的图像。
具体来说,透镜分为凹透镜和凸透镜:凸透镜:中央厚边缘薄,可以让平行光线向一点汇聚,形成正像。
凹透镜:中央薄边缘厚,会使平行光线发散,形成虚像。
现代相机使用的是复合透镜,即多个透镜组合在一起,以此减小像差及提高成像质量。
每组透镜之间会有特定的间距,根据设计要求可以调节以保证最佳成像效果。
3. 光圈与曝光控制相机的曝光量由快门速度、光圈大小和ISO设置共同决定。
光圈越大(数值越小),进入传感器的光线越多,从而提高了图像亮度。
相机广角镜头的选择原理相机广角镜头是一种焦距较短的镜头,可以提供更大的视野范围和更广的景深。
在选择相机广角镜头时,需要考虑以下几个因素:焦距、透视效果、畸变、光线损失和成像质量。
首先,焦距是选择广角镜头的重要指标之一。
焦距越短,视野范围就越大。
通常,广角镜头的焦距在20mm到35mm之间。
更短的焦距可以提供更广的视野,但可能引起畸变和透视问题。
因此,在选择广角镜头时,需要根据实际拍摄需求和预期效果来平衡焦距。
其次,透视效果也是选择广角镜头的考虑因素之一。
由于广角镜头拍摄的视角较大,近景和远景之间的距离会显得更加突出,物体会看起来更靠近。
这种强调近景的效果可以用来增强透视效果,营造出房间深邃、大气和动感的感觉。
但在一些场景中,透视效果可能会造成物体形变和失真,需要根据实际拍摄需求来选择合适的焦距和角度。
第三,广角镜头容易引起畸变,特别是透视畸变和柱状畸变。
透视畸变是由于广角镜头拍摄时物体离摄像机越近,物体大小就越大,导致物体形变的情况。
柱状畸变是由于广角镜头的设计原理造成的,导致物体边缘出现弯曲或变形的情况。
这些畸变可能会影响到图像的准确性和真实性,因此在选择广角镜头时,需要选择具有较好畸变校正能力的镜头。
第四,广角镜头相对于长焦镜头来说,光线损失会更加明显。
广角镜头的设计使得光线更容易散射和产生边缘虚化。
在选择广角镜头时,需要注意其光线损失程度,并选择具有较高透光率和较低散射率的镜头。
最后,成像质量也是选择广角镜头的重要指标。
广角镜头的设计往往较复杂,需要较高的光学性能和镜片质量来实现更好的成像效果。
在选择广角镜头时,可以参考一些专业评测和用户评论,了解其成像质量、色彩还原能力、对比度等方面的表现。
总的来说,选择相机广角镜头需要根据实际拍摄需求和预期效果来综合考虑焦距、透视效果、畸变、光线损失和成像质量等因素。
在市场上有许多不同品牌和型号的广角镜头可供选择,可以根据自己的喜好和拍摄要求来进行选择。
工业相机镜头的参数与选型一、镜头的基本参数1.焦距:焦距是指光线汇聚所发生的位置与感光器或像素元件的距离。
工业相机镜头的焦距可以根据实际需求进行选择,一般有固定焦距和变焦两种类型。
2.光圈:光圈是指镜头的进光量大小的调节装置,它能控制进入相机的光线的数量。
光圈大小直接影响相机的景深和光线透过能力。
在选择工业相机镜头时,一般需要根据实际应用场景和光线条件进行合理选择。
3.像距和像高:像距是指感光器到镜头最近点的距离,像高则是指光线通过镜头时物体成像产生的像的高度。
像距和像高的大小会影响到相机的成像范围和分辨率,因此在选型过程中需要进行合理的规划和计算。
4.解像度:解像度是指相机镜头的成像能力,也称为像场解析力。
工业相机镜头的解像度决定了相机系统的成像质量和分辨率,因此在选型过程中需要特别关注。
二、特殊需求1.特殊光谱:一些工业应用中,需要对特定光谱范围内的物体进行成像。
对于这种需求,可以选择特殊波段的工业相机镜头,如红外镜头、紫外镜头等。
2.防尘防水抗振动:在一些工业生产环境中,会存在较高的尘土、水汽等干扰因素,此时需要选择具有防尘防水和抗振动功能的工业相机镜头,以保证镜头稳定可靠的工作。
3.镜头接口:根据实际应用需求和相机的类型,需要选择合适的镜头接口,如C口、CS口、F口、M42口等。
三、选型准则1.根据应用需求确定参数:首先要明确工业相机镜头的应用场景和目标,根据需要选择合适的焦距、光圈、像距等基本参数。
2.考虑成像质量和分辨率:成像质量是选型过程中最关键的因素之一,要选择具有较高解像度和尽量少的光学畸变的镜头。
3.考虑工作环境:根据实际工作环境的特点,选择具有防尘防水和抗振动功能的镜头。
4.考虑成本和性价比:工业相机镜头的价格差异较大,要根据实际需求和预算选择相应的镜头,综合考虑成本和性价比。
5.选择可替换镜头:由于工业应用的多样性和发展需求的变化,选择可替换镜头可以提高系统的灵活性和可拓展性。
摄像机镜头的选择和主要参数影像传感器尺寸摄像机镜头的选择首先要考虑的是影像传感器的尺寸。
影像传感器是摄像机捕捉光线并转换为电信号的核心部件,也是决定图像质量的重要因素之一、常见的影像传感器尺寸包括全画幅、APS-C和Four Thirds等。
全画幅尺寸较大,可以捕捉更多的光线,具有较好的细节和动态范围表现;而APS-C和Four Thirds则尺寸较小,便于携带和使用。
焦距摄像机镜头的焦距是指镜头到影像传感器之间的距离,也是决定拍摄画面视角的参数。
不同焦距的镜头可以带来不同的视觉效果。
广角镜头(小于35mm)可以捕捉到更多的画面,适合拍摄大场景和风景等;标准镜头(约35mm-70mm)可以呈现近似人眼视角的画面;长焦镜头(大于70mm)可以用来捕捉远距离的物体,适合拍摄体育比赛和野生动物等。
光圈摄像机镜头的光圈是光线进入镜头的孔径大小。
光圈的大小决定了光线通过镜头的多少,从而影响曝光和景深。
较大的光圈可以让更多的光线进入镜头,提供更好的低光拍摄能力和浅景深效果;而较小的光圈则可以增加景深,保持整个画面的清晰度。
光圈参数通常以F值表示,例如F1.4、F2.8等,F值越小表示光圈越大。
图像稳定现代摄像机镜头通常都配备了图像稳定功能,可以抵消手持摄像时的抖动。
这一功能对于拍摄运动场景和手持拍摄非常重要。
图像稳定可以通过光学或电子方式实现,也可以结合两者,提供更好的稳定性能。
镜头口径和接口镜头的口径是指镜头前面最外面的圆形透镜面的直径。
选择合适的口径可以匹配摄像机镜头的接口,确保完全兼容。
常见的摄像机镜头接口包括EF、F、E、MFT等,分别对应不同的机身品牌和型号,需要根据实际情况进行选择。
其他参数除了上述主要参数外,还有一些其他的参数也需要考虑。
例如变焦范围、对焦速度、最大放大倍率、镜头结构、防尘防水等。
这些参数的选择要根据具体的拍摄需求和使用环境进行综合考虑。
总结起来,摄像机镜头的选择和主要参数包括影像传感器尺寸、焦距、光圈、图像稳定、镜头口径和接口等。
1_工业相机原理及选型指导工业相机是一种在工业生产环境中应用的特殊相机,用于进行工艺控制、质量检测和自动化生产等领域。
相比于普通相机,工业相机具有更高的分辨率、更快的速度和更强的稳定性。
本文将介绍工业相机的原理以及选型指导。
一、工业相机的原理工业相机的原理与普通相机的原理基本相同,都是通过光学系统将被拍摄物体的图像转换成电信号,然后通过图像采集芯片进行处理和传输。
不同的是,工业相机往往需要满足高速、高分辨率和高稳定性的要求,因此在光学系统、图像传感器和图像处理等方面有一些特殊设计。
光学系统:工业相机通常采用高质量的镜头和滤光片,以保证图像的清晰度和色彩还原度。
此外,还会根据实际应用需求选择合适的镜头焦距和光圈大小,以获取所需的视野范围和景深。
图像传感器:工业相机常用的图像传感器有CCD和CMOS两种。
CCD 传感器具有较高的光电转换效率和较低的噪声水平,适用于对图像质量要求较高的应用;CMOS传感器则具有较快的读取速度和较低的功耗,适用于高速图像采集和处理的场景。
选取合适的图像传感器需根据实际需求进行权衡。
图像处理:工业相机通常会搭配专用的图像处理芯片,用于对图像进行增强、噪声抑制、畸变校正等处理。
此外,还可以根据需要进行图像压缩和编码,以节省存储和传输带宽。
二、工业相机的选型指导1.分辨率:分辨率是指相机可以拍摄到的图像细节数量,通常以像素表示。
在选择工业相机时,需根据实际应用需求确定所需分辨率大小。
一般来说,分辨率越高,图像细节越丰富,但相应地也会增加图像处理和存储的负担。
2.速度:速度是指相机读取和传输图像的能力。
在高速生产线上,需要快速捕捉到工件的图像进行检测和判断,因此需要选择读取速度较快的相机。
一般来说,高速相机的读取速度可以达到每秒数百到数千张图像。
3.稳定性:工业相机通常要面对工业生产环境中的振动、温度变化等因素,因此需要具备较高的稳定性。
在选择工业相机时,需要关注相机的抗振动能力、温度范围和防尘防水等级。
相机镜头是怎么组成的原理相机镜头是通过光学系统来实现将外界景物投影到感光材料或图像传感器上的装置。
它是相机的核心部件,直接关系到成像效果的质量。
相机镜头主要由透镜组、光圈装置和对焦机构组成。
下面将分别介绍这些组成部分及其原理。
首先是透镜组。
透镜组是由一组透镜元件构成,旨在将入射的光线聚焦在摄像机传感器上。
其中最常用的透镜元件有凸透镜和凹透镜。
凸透镜可以使光线向聚焦方向收敛,被称为正透镜;凹透镜可以使光线向散开方向发散,被称为负透镜。
相机镜头通过适当选择和组合这些透镜元件,来折射、散射和聚焦光线,最终实现对景物的成像。
透镜组的光学原理基于折射定律和成像原理。
折射定律是指入射光线经过两种介质的界面时,会改变传播方向,并且入射角和折射角之间满足一个特定的关系。
成像原理是指当光线通过透镜组时,会经过折射和反射,最终将物体的光线成像在摄像机传感器上。
透镜组通过将光线聚焦在传感器上,可以形成一个清晰、稳定的图像。
其次是光圈装置。
光圈是一个可以控制光线进入镜头的圆孔,它的大小决定了从外界射入相机的光线量。
光圈装置通常由一组可以调节大小的金属翻板组成,其中心部分为圆形开口。
通过调节光圈的大小,可以控制进入镜头的光线量,从而调整景深和曝光量。
光圈装置的原理是基于光的传播和干涉效应。
当光线穿过光圈时,会经过翻板的挡光作用,使部分光线被遮挡而无法进入镜头,从而降低了进入镜头的光线量。
通过调节光圈的大小,可以改变光线的通量,从而调整景深。
此外,光圈的大小还会影响相机的曝光量。
较小的光圈会限制进入镜头的光线量,导致曝光减少;而较大的光圈会增加进入镜头的光线量,导致曝光增加。
最后是对焦机构。
对焦机构用于调节镜头与感光材料或图像传感器之间的距离,以实现对不同物体的清晰成像。
对焦机构通常由一个或多个透镜组组成,并通过调节透镜组的位置实现对焦。
在自动对焦系统中,通过利用声波、超声波或激光等传感器来测量被拍摄物体与相机的距离,从而自动调节对焦距离。
相机镜头工作原理相机是现代人生活中常见的影音媒体工具,而相机镜头则是相机的核心部件之一。
相机镜头的工作原理关乎拍摄效果的质量和准确性。
本文将深入探讨相机镜头的工作原理,为读者提供全面的了解。
一、光学成像原理相机镜头的主要功能是通过光学成像原理将被拍摄的场景投影到感光元件(如胶片或传感器)上,完成图像的录制。
在相机镜头中,光线会经过多个镜片的折射和反射,最终形成一个清晰的图像。
相机镜头的结构复杂多样,但基本的工作原理是相同的。
在光学成像过程中,有几个关键概念需要了解。
1.几何光学几何光学是研究光在直线传播路径上的规律的一门科学。
在相机镜头中,采用的就是几何光学的原理。
根据几何光学的原理,光线在通过物体表面的时候,会根据材质的光密度发生折射或反射,从而改变光线的传播方向。
2.成像过程相机镜头通过将光线聚焦到感光元件上来完成成像过程。
聚焦是指使得光线在通过透镜时会汇聚到一个特定的聚焦点上。
这个聚焦点恰好是感光元件所在的位置,这样才能够将场景的细节准确地投影到感光元件上。
3.光圈相机镜头上的光圈是控制进入镜头的光线量的装置。
通过调整光圈的大小,可以控制进入镜头的光线的多少。
光圈越大,进入镜头的光线越多,画面就越明亮;光圈越小,进入镜头的光线越少,画面就越暗。
二、镜片的作用相机镜头中的每个镜片都有特定的作用,能够对光线进行不同的处理,以实现特定的拍摄效果。
以下介绍几种常见的镜片和它们的作用。
1.透镜透镜是相机镜头中最基本、最常见的一种镜片。
它能够将光线以特定的方式折射或反射,实现聚焦的功能。
透镜的种类繁多,有凸透镜和凹透镜等。
通过组合不同类型的透镜,可以实现各种不同的光学效果。
2.滤镜滤镜是安装在镜头前的一种特殊光学器件。
它可以改变光线的颜色、亮度和对比度等参数,从而影响图像的质量和效果。
常见的滤镜种类包括偏振滤镜、渐变滤镜、星光滤镜等。
摄影师可以根据需要选择不同的滤镜,以达到所需的拍摄效果。
3.镜头组合相机镜头通常由多个镜片组合而成。
相机、镜头原理及其选型1.凸透镜成像原理图 1注:相机镜头中的焦距为:凸透镜焦点到成像平面的距离图 2 成像平面镜头焦距2.相机原理相机机身镜头部分相机成像实际就是凸透镜成像,拍摄物体反射光经镜头(凸透镜)聚焦,在感光系统上形成倒立缩小的像,像经进一步处理得到相片或数码图像。
3.相机相关概念D(Charge-coupled Device,电荷耦合元件)CCD是图像传感器,将光信号转换成电信号,再将电信号转换成数字信号,经处理后成为图像信号。
结构:(1)、大量光敏元件排在一起组成感光元件(每个光敏元件为一个像素点)。
(2)、并行信号寄存器,用于暂时储存感光后产生的电荷。
(3)、串行信号寄存器,暂时储存并行寄存器的模拟信号并将电荷转移放大。
(4)、信号放大器,放大微弱电信号。
(5)、数摸转换器,将放大的电信号转换。
目前工业相机主要CCD尺寸3.2.CMOS和CCD一样,是图像传感器。
区别在于:(1)、信号的读出过程不同,CCD是通过一个或几个节点统一读出像素,CMOS通过单个像素同时读取,因此一致性CCD更好。
(2)、集成性CCD更复杂(3)、CMOS读取速度更快。
(4)、CCD技术更成熟,噪声少,成像质量更好。
3.3.像素相机感光元件上每个光敏元件即为一个像素点。
注:要想得到高清照片,必须保证有一定的像素数。
但并非像素数越大,照片的就越清晰。
照片的清晰度是由“点像"决定,即每点(寸等)有多少像素。
通常相机的像素大小又被叫做相机分辨率。
3.4.感光度(IOS)、增益(Gain)(1)、感光度:为数码单反相机的参数之一,表示图像传感器或胶片对光的敏感程度,增加感光度,图像更亮,但画质变差。
(2)、增益:为工业相机参数之一,是调节感光度的一种方法。
增益增加,图像更亮,但画质变差。
(3)、感光度和增益的区别为:一:适用对象不同,感光度常用于数码单反相机,而增益用于工业相机;二:提高感光度可通过多种方式获得,而提高增益恰是提高感光度的一种方式。
3.5.帧率相机采集传输图像的速率,对于面阵相机一般为每秒采集的帧数(Frames/Sec.),对于线阵相机为每秒采集的行数(Hz)。
4.镜头相关概念4.1.焦距成像光线在镜头内交点到影像传感器的距离称作焦距,焦距数值小,视角大;焦距数值大,视角小。
蓝色光线所表示的焦距相对红色变大,其视角则变小。
4.2.光圈光圈:由叶片组成的用于控制光通过量的装置。
绝对孔径:光圈的实际孔径大小。
曝光量:除去外部环境因素,曝光量与曝光度和曝光时间成正比。
曝光时间由快门决定,而曝光度与光圈的绝对孔径和镜头焦距成正比。
相对孔径:为了反映曝光度,将孔径与焦距的比值定义为相对孔径。
光圈值(f):为焦距与绝对孔径的比值,即相对孔径的倒数。
较大的光圈(较小的f值)意味着有更多光线通过镜头,可在弱光环境中拍摄。
4.3.快门通过控制曝光时间控制曝光量的装置。
快门分机械快门和电子快门。
机械快门:通过机械方式控制通光孔(快门)的开闭。
电子快门:利用了CCD 感光系统不通电不工作的原理。
4.4.景深(1)、拍摄景物中能产生较为清晰影像的最近点至最远点的距离。
2222f F LF f 光圈值越大,景深越小;光圈值越小、景深越大。
焦距越长,景深越小;焦距越短,景深越大。
距离拍摄体越近时,景深越小;(2)、景深与光圈的关系(进一步说明景深)注:弥散圆:物点成像时,由于像差,其成像光束不能会聚于一点,而是在像平面上形成一个扩散的圆形投影,成为弥散圆。
弥散圆只要在人眼接受范围内,就算清晰的像。
由上图可知,当使用小光圈时,在更大的景深范围内依然形成满足清晰要求的弥散圆。
因此,小光圈(更大f值),景深更大。
4.5.分辨率在成像平面上1毫米间距内能清晰分辨的黑白相间的线条对数,单位是“线对/毫米”(lp/mm,line-pairs/mm)。
测试方法:将待测镜头装在一个胶片照相机上。
去拍摄黑白条纹图(分辨率图版),然后用高倍放大镜(镜头分辨率检测仪)检测底片上每毫米范围内能清晰分辨的线条对数,能分辨得越多则分辨率越高。
注:镜头分辨率和相机分辨率配合,才能排出高质量图像。
4.6.视场(Field of view, 即FOV,也叫视野范围)指观测物体的可视范围,也就是充满相机采集芯片的物体部分。
4.7.工作距离(Working Distance,即WD)指清晰成像时,从镜头前部到受检验物体的距离。
4.8.失真(distortion)又称畸变,指被摄物平面内的主轴外直线,经光学系统成像后变为曲线,则此光学系统的成像误差称为畸变。
畸变像差只影响影像的几何形状,而不影响影像的清晰度。
畸变透镜的固有特性(凸透镜汇聚光线、凹透镜发散光线),所以无法消除,只能改善。
工业上对畸变要求高的场合可选用远心镜头。
4.9.镜头类型标准、远心、广角、近摄、远摄。
5.工业相机及镜头选型说明5.1.选择相机感光芯片尺寸(1)、原则一:相机像素大小(分辨率)≧所需相机像素大小(2)、原则二:镜头可支持的最大感光芯片尺寸≧相机芯片尺寸(3)、原则三:静止拍照、全局曝光选CMOS;运动拍照选CCD。
5.2.选择相机与镜头接口类型5.3.波长、变焦与否成像过程中需要改变放大倍率的应用,采用变焦镜头,否则采用定焦镜头。
工业相机镜头的工作波长,可考虑:是否采用可见光波段;是否采取滤光措施;单色光还是多色光;能否有效避开杂散光的影响?5.4.镜头工作距离与焦距一般地:结合CCD像素尺寸、工作距离,视角大小可计算工业相机镜头的焦距。
5.5.选择光圈镜头的光圈大小决定图像的亮度,在拍摄高速运动物体、曝光时间很短的应用中,应该选用大光圈镜头,以提高图像亮度。
5.6.特殊要求优先考虑结合实际的应用特点,可能会有特殊的要求。
例如是否有测量功能,是否需要使用远心镜头,成像的景深是否很大等等。
5.7.成本和技术成熟度如果以上因素考虑完之后有多项方案都能满足要求,则可以考虑成本和技术成熟度,进行权衡择优选取。
6.相机镜头选型示例6.1.例一:同时选择相机和镜头6.2.例二:已知相机选择镜头要给硬币检测成像系统选配工业相机镜头,约束条件:相机CCD 2/3英寸,像素尺寸4.65μm,C口。
工作距离大于200mm,系统分辨率0.05mm。
光源采用白色LED光源。
(1)、CCD尺寸2/3,所选镜头支持像面应该不小于2/3 CCD尺寸。
(2)、接口类型C口。
(3)、与白色LED光源配合使用,镜头应该是可见光波段。
没有变焦要求,选择定焦镜头。
(4)、成像的放大率M=4.65/(0.05*1000)=0.093焦距f=L*M=200*0.093=18.6mm(5)、用于工业检测,其中带有测量功能,所以所选镜头的畸变要求小。
从以上几方面的分析计算可以初步得出这个镜头的“轮廓”:焦距大于17mm,定焦,可见光波段,C口,至少能配合2/3英寸CCD使用,而且成像畸变要小。
按照这些要求,可以进一步的挑选,如果多款镜头都能符合这些要求,可以择优选用。
6.3.例三:已知镜头选择相机(1)、确定像素大小,进而确定感光芯片尺寸。
(2)、确定接口。
(3)、确定相机类型:线阵还是面阵。
7.其他重要概念7.1.远心镜头(1)、概念通过在光学系统的中间位置放置孔径光阑以及设计平行光路,使得在一定的物距范围内,图像放大倍率不会随物距的变化而变化。
(2)、应用远心镜头主要解决的问题是:物体位置变化引起比例尺改变;畸变;投影误差;物体边缘测量误差大。
在工业图像处理中,一般只使用物方远心镜头。
偶尔也有使用两侧远心镜头的,(当然价格更高),像方远心镜头一般来说不会用。
主要实际应用:机械零件量测;塑料零件量测;玻璃及药用容器量测;电子组件量测;粒子量测;量测高精度彩色打印;半导;过滤器控制;血液分析及细胞数量计算等。
(3)、原理及分类物方远心光路设计原理及作用:平行于光轴的物方光线的会聚中心位于像方无限远,称之为:物方远心光路。
将孔径光阑放置在光学系统的像方焦平面上,当孔径光阑放在像方焦平面上时,即使物距发生改变,像距也发生改变,但测得的物体尺寸不会变化。
其作用为:可以消除物方由于调焦不准确带来的,读数误差。
像方远心光路设计原理及作用:平行于光轴的像方光线的会聚中心位于物方无限远,称之为:像方远心光路。
在物方焦平面上放置孔径光阑,使像方主光线平行于光轴,从而虽然 CCD芯片的安装位置有改变,在 CCD 芯片上投影成像大小不变。
其作用为:可以消除像方调焦不准引入的测量误差。
两侧远心光路设计原理及作用:综合了物方/像方远心的双重作用。
主要用于视觉测量检测领域。
(4)、选型说明当检查物体遇到以下 6 中情况时,最好选用远心镜头:1)当需要检测有厚度的物体时(厚度>1/10 FOV 直径);2)需要检测不在同一平面的物体时;3)当不清楚物体到镜头的距离究竟是多少时;4)当需要检测带孔径、三维的物体时;5)当需要低畸变、图像效果亮度几乎完全一致时;6)当缺陷只在同一方向平行照明下才能检测到时。
根据使用情况(物体尺寸和需要的分辨率)选择物方尺寸合适的物方镜头和 CCD 或 CMOS 相机,同时得到像方尺寸,即可计算出放大倍率,然后根据产品列表选择合适的像方镜头。
选择过程中还应注意景深指标的影响,因为像/物倍率越大景深越小,为了得到合适的景深,可能还需要重新选择镜头。
7.2.面阵相机、线阵相机(1)、面阵相机相机感光元件以矩阵排列,可直接获取二维图像信息,测量图像直观。
主要用于面积、形状、尺寸、位置,甚至温度等的测量。
优点:可获取二维图像信息,测量图像直观。
缺点:像元总数多;每行的像元数一般较线阵少,帧幅率受到限制。
(2)、线阵相机相机感光元件以线的方式排列,应用领域是检测连续运动的材料,例如金属、塑料、纸和纤维等。
优点:一维像元数可以做得很多,而总像元数较面阵CCD相机少;像元尺寸比较灵活,帧幅数高,特别适用于一维动态目标的测量;线阵CCD 分辨力高,价格低廉,可满足大多数测量视场的要求。
不足:图像获取时间长,测量效率低;由于扫描运动及相应的位置反馈环节的存在,增加了系统复杂性和成本;图像精度可能受扫描运动精度的影响而降低,最终影响测量精度。
(3)、线阵相机选用说明计算像素:幅宽除以最小检测精度得出每行需要的像素实际检测精度:幅宽除以像素数得出实际检测精度行频:长度除以精度得出每秒扫描行数如幅宽为1600毫米、精度1毫米、运动速度22000mm/s相机像素:1600/1=1600像素最少2000像素,选定为2k相机实际精度:1600/2048=0.8行频:22000mm/0.8mm=27.5KHz应选定相机为2048像素28kHz相机。