CN EN

新闻中心

工业镜头基本参数,你真的了解吗?

时间:2018-10-26 作者: 匿名

工业镜头相当于人眼的晶状体,如果没有晶状体,人眼看不到任何物体;如果没有镜头,那么摄像头所输出的图像,就是白茫茫的一片,没有清晰的图像输出;这与我们家用摄像机和照相机的原理是一致的。

当人眼的肌肉无法将晶状体拉伸至正常位置时,也就是人们常说的近视眼,眼前的景物就变得模糊不清;摄像头与镜头的配合也有类似现象,当图像变得不清楚时,可以调整摄像头的后焦点,改变CCD芯片与工业镜头基准面的距离(相当于调整人眼晶状体的位置),可以将模糊的图像变得清晰。

一、工业相机镜头接口

工业镜头的接口尺寸是有国际标准的,常见有三种接口型式,即C型、CS型F型。C型或CS型是通用型接口F型接口的镜头后焦较长,法兰后焦一般为46.5mm

C接口和CS接口的区别:

C与CS接口的区别在于镜头与摄像机接触面至镜头焦平面(摄像机CCD光电感应器应处的位置)的距离不同,C型接口此距离为17.5mm., CS型接口此距离为12.5mm.。

C型镜头与C型摄像机,CS型镜头与CS型摄像机可以配合使用。C型镜头与CS型摄像机之间增加一个 5mm的C/CS转接环可以配合使用。CS型镜头与C型摄像机无法配合使用。

二、工业相机传感器尺寸大小


型号

高度比

长度(mm)

宽度(mm)

对角线(mm)

1/3"

4:3

3.6

4.8

6

1/2"

4:3

4.8

6.4

8

1/2.5"

4:3

5.8

4.2

7.2

1/1.8"

4:3

5.3

7.2

8.9

2/3"

4:3

6.6

8.8

11

1"

4:3

9.6

12.8

16

1.1"

4:3

14.2

10.4

17.6

4/3"

4:3

13.5

18

22.5


摄像机镜头规格应视摄象机的C C D尺寸而定,两者应相对应。大概:
★ 摄像机的C C D靶面大小为1/2英寸时,镜头应选1/2英寸。
★ 摄像机的C CD靶面大小为23英寸时,镜头应选23英寸。
★ 摄像机的C C D靶面大小为1英寸时,镜头应选1英寸。


如果镜头尺寸比摄像机C C D靶面尺寸大时,将使图像视野比镜头视野小,即不能很好地利用镜头的视野;如果镜头尺寸比摄像机C C D靶面尺寸小时,将发生“隧道效应”,即图像有圆形的黑框,像在隧道里拍的一样。

监控相机一般都比较小,甚至小于1/3英寸;工业相机稍微大一些,一般1/2英寸到1英寸不等;传统的135相机底片比当前的一般感光芯片都大,36mm×24mm(1.4英寸×0.9英寸),画面对角线长度为43mm(1.7英寸),即是1.7英寸的,120中幅相机,其感光面尺寸有三种:45×60mm、60×60mm和90×60mm,可见画幅更大。

镜头的光圈,F值
光圈的主要作用是通过控制镜头光量的大小满足成像所需的合适照度。光圈越大,靶面成像照度越大,摄像机输出信号强度越大,信噪比越高。
可以理解,通光孔径越大,通过的光量越大;但我们关心的是到达芯片的光量,而焦距越长,意味着芯片离镜头中心越远,相应的光就越弱,所以,标准光圈大小的参数应该与两个变量有关,孔径,焦距。
光圈系数,即F值即是用来来表征光圈的大小的参数。它等于镜头焦距f和通光孔径D之比。光通量与F值的平方成反比关系,F值越小,光通量越大。F值的规律是后一个值正好是前一个数值的√2 倍,所以,光圈调大一挡,光量减少2倍。常用值为1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22等几个等级。

一般光圈都可以调节,从而有手动光圈(manual iris)和自动光圈(autoiris)之分。
手动光圈工业镜头是的最简单的工业镜头,适用于光照条件相对稳定的条件下,手动光圈由数片金属薄片构成。光通量靠镜头外径上的—个环调节。旋转此圈可使光圈收小或放大。在照明条件变化大的环境中或不是用来监视某个固定目标,应采用自动光圈工业镜头,比如在户外或人工照明经常开关的地方,自动光圈镜头的光圈的动作由马达驱动,马达受控于摄像机的视频信号。

自动光圈工业镜头又有两类:一类是将一个视频信号及电源从摄像机输送到透镜来控制镜头上的光圈,镜头本身包含放大器电路,用以将摄像头传来的视频幅度信号转换成对光圈马达的控制,这称为视频(VIDEO)驱动型;另一类则利用摄像机上的直流电压来直接控制光圈,称为直流(DC)驱动型,这种镜头只包含电流计式光圈马达,要求摄像头内有放大器电路。
对于各类自动光圈工业镜头,通常还有两项可调整旋钮,一是ALC调节 (测光调节),有以峰值测光和根据目标发光条件平均测光两种选择, 一般取平均测光档;另一个是LEVEL调节(灵敏度),可将输出图像变得明亮或者暗淡。

四、工作距离(Working Distance)

任何一个复杂的透镜组合都可以等效为一个简单的透镜,光经过透镜的传播路线可以简单的画作下图:

工作距离一般指镜头前端到被测物体的距离,小于最小工作距离系统一般不能清晰成像;它与视场大小成正比,有些系统工作空间很小因而需要镜头有小的工作距离,但有的系统在镜头前可能需要安装光源或其它工作装置因而必须有较大的工作距离保证空间,通常FA镜头与监控镜头相比,小的工作距离就是一个重要区别。

五、焦距

焦距是指镜头的光学中心(光学后主点)到成像面焦点的距离。平行光通过镜头后汇聚于一点,这个点就是所说的焦点。焦距不仅仅描述镜头的屈光能力,且可作为图像质量的参考。一般镜头失真随着焦距的减小而增大,因而选择测量镜头,不要选择小焦距(小于8mm)或大视场角的镜头。

在光学系统当中,以镜头为顶点,以被测物体通过镜头的最大成像范围的两边缘构成的夹角叫做视场角。视场角的大小决定了镜头的视野范围,视场角越大,视野就越大,光学倍率也就越小。焦距越长,视场角就越窄;焦距越短,视场角就越宽。

工作距离指的是镜头最后一个面到其像面的距离。

通过目标物所需视场及透镜的焦距,可确定工作距离(WD)。工作距离和视场大小由焦距和CCD大小来决定。在不使用近摄环的情况下,可套用以下比例表达式获得:

工作距离:视角 = 焦距:CCD大小

假设焦距为16mm,CCD大小为3.6mm,则工作距离应为200mm,这样才能使视场等于45mm。如下图所示:

一般适合工厂自动化的透镜的焦距是8mm/16mm/25mm/50mm


六、光学倍率(Magnification):

光学放大倍率=有效感应尺寸/视野

六、分辨率(Resolution)

MTF(Modulation Transfer Function)

成像时再现物体表面的浓淡变化而使用的空间周波数和对比度。1mm中间可以看到黑白线的条数。单位lp/mm. FA镜头的分辨率一般是指像方分辨率。

2、3显示了物体侧与成像侧的空间周波数的变化。横轴表示空间周波数,纵轴表示亮度。物体侧与成像侧的对比度由A、B计算出来。MTF由A,B的比率计算出来。

解析度与MTF的关系:解析度是指2点之间怎样被分离认识的间隔。一般从解析度的值可以判断出镜头的好坏,但是实际是MTF与解析度有很大的关系。

分辨率(lp/mm)=1000/2*像元尺寸


七、镜头的景深

景深 (Depth of Field,DOF)

镜头对着某一物体聚焦清晰时,都可以在胶片或者接收器上相当清晰的结像,在这个平面沿着镜头轴线的前面和后面一定范围的点也可以结成眼睛可以接受的较清晰的像点,把这个平面的前面和后面的所有景物的距离叫相机景深。景深表示在垂直镜头光轴轴线的同一平面内的点,满足图像清晰度要求的最远位置与最近位置的差值。

光轴平行的光线射入凸透镜时,理想的镜头应该是所有的光线聚集在一点后,再以锥状的扩散开来,这个聚集所有光线的一点,就叫做焦点。在焦点前后,光线开始聚集和扩散,点的影像变成模糊的,形成一个扩大的圆,这个圆就叫做弥散圆。

在现实当中,观赏拍摄的影像是以某种方式(比如投影、放大成照片等等)来观察的,人的肉眼所感受到的影像与放大倍率、投影距离及观看距离有很大的关系,如果弥散圆的直径小于人眼的鉴别能力,在一定范围内实际影象产生的模糊是不能辨认的。这个不能辨认的弥散圆就称为容许弥散圆。在焦点的前、后各有一个容许弥散圆。

以持照相机拍摄者为基准,从焦点到近处容许弥散圆的的距离叫前景深,从焦点到远方容许弥散圆的距离叫后景深。

景深的计算公式:

前景深ΔL1=FδL2/(f2+FδL) (1)

后景深ΔL2=FδL2/(f2-FδL) (2)

景深ΔL=ΔL1+ΔL2=(2f2FδL2)/(f4-F2δ2L2)

其中:δ——容许弥散圆直径

f ——镜头焦距

F——镜头的拍摄光圈值

L——对焦距离

ΔL1——前景深

ΔL2——后景深

ΔL——景深

从公式(1)和(2)可以看出,后景深>前景深,且景深与镜头使用光圈、镜头焦距、拍摄距离以及对像质的要求(表现为对容许弥散圆的大小)有关。这些主要因素对景深的影响如下(假定其他的条件都不改变):

1)、镜头光圈:光圈越大,景深越小;光圈越小,景深越大;

2)、镜头焦距:镜头焦距越长,景深越小;焦距越短,景深越大;

3)、拍摄距离:距离越远,景深越大;距离越近,景深越小。

八、镜头的畸变

畸变是指物所成的像在形状上的变形。畸变并不会影响像的清晰度,而只影响像与物的相似性。由于畸变的存在,物方的一条直线在像方就变成了一条曲线,造成像的失真。畸变可分为枕型畸变和桶型畸变两种。造成畸变的根本原因是镜头像场中央区的横向放大率与边缘区的横向放大率不一致。如下图所示,如果边缘放大率大于中央放大率就产生枕型畸变,反之,则产生桶型畸变。

畸变又分TV畸变和光学畸变,计算公式如下:

畸变与镜头的光圈F数大小无关,只与镜头的视场有关。因此,广角镜头的畸变一般都大于标准镜头或长焦镜头。无论是哪一种镜头,哪一种畸变,缩小光圈并都不能改善畸变。畸变只影响成像的几何形状,而不影响成像的清晰度。













推荐新闻

华周测控带您了解机器视觉远心镜头的常见技术参数
2018-11-02

华周测控带您了解机器视觉远心镜头的常见技术参数

工业镜头基本参数,你真的了解吗?
2018-10-26

工业镜头基本参数,你真的了解吗?

金秋十月,举国同庆
2018-09-29

金秋十月,举国同庆

月圆中秋,人圆月下。华周测控祝您中秋节快乐!
2018-09-22

月圆中秋,人圆月下。华周测控祝您中秋节快乐!

深圳品牌网站建设:创同盟