機(jī)器視覺(jué)工業(yè)鏡頭計(jì)算方法

1、機(jī)器視覺(jué)工業(yè)鏡頭計(jì)算方法(一)2012年8月1日 艾菲特光電一、機(jī)器視覺(jué)中工業(yè)鏡頭的計(jì)算方式1、WD物距 工作距離(Work Distanee , WD。？ 2、FOV 視場(chǎng)視野(Field of View , FOV 3、DOV景深(Depth of Field )。? 4、Ho:視野的高度 5、Hi:攝像 機(jī)有效成像面的高度(Hi來(lái)代表傳感器像面的大小)6、 PMAG鏡頭的放大倍數(shù)？ 7、f:鏡頭的焦距？ 8、LE:鏡頭 像平面的擴(kuò)充距離二、相機(jī)和鏡頭選擇技巧1、相機(jī)的主要參數(shù):感光面積S(Sensor Size)2、鏡頭的主要參數(shù):焦距FL( Focal Length) 最小物距 Dmi

2、n( minimum Focal Distanee ) 3、其他參 數(shù):視野 FOV( Field of View ) ? 像素 pixel ?FOVmin=SS(Dmin/FL)女口： SS=6.4mm Dmin=8in ,FL=12mm pixel=640*480貝U： FOVmin二6.4( 8/12)=4.23mm 4.23/640=0.007mm如果精度要求為0.01mm 1pixels=0.007mm<0.01mm結(jié)論：可以達(dá)到設(shè)想的精度三、 工業(yè)相機(jī)傳感器尺寸大?。?單位：mrj)1/4 ：(3.2mmx 2.4mm);1/3 2/3 ： (8.8mmx 6.6mm);1：

3、四、CCD相機(jī)元件的尺寸:(4.8mmX 3.6mm);1/2 ： (6.4mmX 4.8mm);(12.8mmX 9.6mm);型號(hào)高度比長(zhǎng)度(mm寬度(mm對(duì)角線(mm1/6"4:31.732.32.8781/4"4:32.43.241/3"4:33.64.861/2"4:34.86.481/1.8"4:35.37.28.92/3"4:36.68.8111"4:39.612.8164/3"4:313.51822.5五、 線陣傳感器尺寸（單位：mm61.457.43.528.620.4810.24六、公式：分辨率

4、5 m）=0.61 （固定值）X0.55 （設(shè)計(jì)波長(zhǎng)）+ NA有效F No二放大倍率/2NA景深（mm）=2（可接受的模糊圓直徑x有效F No +放大倍率2）光通量直徑（©） =2NAx物體的高度+視野尺寸（角度）七、顯示器倍率及綜合倍率的求法：顯示器倍率二顯示器英寸數(shù)X25.4（ 1英寸）+ CCD相機(jī)對(duì)角尺寸綜合倍率二顯示器倍率x光學(xué)倍率例：2x光學(xué)倍率鏡頭和1/2'' CCD相機(jī)的組合，在14''顯示器上的影像綜合 倍率14 X 2s 4顯示器倍率二 一二（«4445綜合倍率=44.45x2=88.9八、光學(xué)放大率光學(xué)放大率影像大小相對(duì)

5、于物體的放大率 ？ B =y'/y? =b/a =NA/NA二CCD相機(jī)兀素尺寸/視場(chǎng)頭際尺寸電子放大率電子放大率是用相機(jī)拍照成像在 CCDk的像呈現(xiàn)在顯 示器的放大倍數(shù)顯示器放大率顯示器放大率是被拍物體通過(guò)鏡頭成像顯示在顯示 器上的放大倍數(shù)？顯示器放大率=（光學(xué)放大率）x（電 子放大率）？例子:光學(xué)放大率=0. 2X, CCD大小1/2 （對(duì) 角線長(zhǎng)8mm ,顯示器14 ?電子放大率=14 X 25.4/8 =44.45 （倍）？顯示器放大率=0.2 X 44.45 = 8.89 （倍）（1 寸=25.4mm）準(zhǔn)，即C安裝座和CS安裝座。兩者螺紋部分相同，但兩者從鏡頭到感光表面 的距

6、離不同。？C安裝座：從鏡頭安裝基準(zhǔn)面到焦點(diǎn)的距離是17. 526mm ?CS安裝座：特種C安裝，此時(shí)應(yīng)將攝象機(jī)前部的墊圈取下再安裝鏡頭。其鏡頭安裝基準(zhǔn)面到焦點(diǎn)的距離是12. 5mm如果要將一個(gè)C安裝座鏡頭安裝到一個(gè)C S安裝座攝象機(jī)上時(shí)，則需要加裝一個(gè)5mm厚的接圈。二. 鏡頭的尺寸？以攝象機(jī)鏡頭尺寸分鏡頭可以分為 1英寸、2/3英寸、1/2英寸、1/3 英寸、1/4英寸、1/5英寸等規(guī)格，下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的芯片尺寸規(guī)格表：格式1英寸2/3英寸1/2英寸1/3英寸1/4英寸咼度9.6mm6.6 mm4.8 mm3.6 mm2.4 mm寬度12.8 mm8.8 mm6.4 mm4.8 mm3.2

7、mm1攝像機(jī)鏡頭規(guī)格應(yīng)視攝象機(jī)的 CCD尺寸而定，兩者應(yīng)相對(duì)應(yīng)。大概：攝像機(jī)的CC D靶面大小為1/2英寸時(shí)，鏡頭應(yīng)選1/2英寸。？攝像機(jī)的C CD靶面大小為1/3英寸時(shí)，鏡頭應(yīng)選1/3英寸。？攝像機(jī)的CC D靶面大小為1/4英寸時(shí)，鏡頭應(yīng)選1/4英寸。如果鏡頭尺寸比攝像機(jī) CC D靶面尺寸大時(shí)，將使圖像視野比鏡頭視野小,即不能很好地利用鏡頭的視野；如果鏡頭尺寸比攝像機(jī)CCD靶面尺寸小時(shí)，將發(fā)生“隧道效應(yīng)”，即圖像有圓形的黑框，像在隧道里拍的一樣。？監(jiān)控相機(jī)一般都比較小， 甚至小于1/3英寸；工業(yè)相機(jī)稍微大一些，一般 1/2英寸到1英寸不等；傳統(tǒng)的135相機(jī)底片比當(dāng)前的一般感光芯片都大，36m

8、m X 24mm( 1.4英寸X 0.9英寸)，畫(huà)面對(duì)角線長(zhǎng)度為 43mm( 1.7英寸)，即是 1.7英寸的，120中幅相機(jī)，其感光面尺寸有三種：45X 60mm 60X 60mm和90X 60mm可見(jiàn)畫(huà)幅更大。三. 鏡頭的光圈，F(xiàn)值？光圈的主要作用是通過(guò)控制鏡頭光量的大小滿足成像所需的合適照度。光圈越大，靶面成像照度越大，攝像機(jī)輸出信號(hào)強(qiáng)度越大，信噪比越高。？可以理解，通光孔徑越大， 通過(guò)的光量越大；但我們關(guān)心的是到達(dá)芯片的 光量，而焦距越長(zhǎng)，意味著芯片離鏡頭中心越遠(yuǎn)，相應(yīng)的光就越弱，所以，標(biāo) 準(zhǔn)光圈大小的參數(shù)應(yīng)該與兩個(gè)變量有關(guān)，孔徑，焦距。？光圈系數(shù)，即F值即是用來(lái)來(lái)表征光圈的大小的參數(shù)

9、。它等于鏡頭焦距f和通光孔徑D之比。光通量與F值的平方成反比關(guān)系，F(xiàn)值越小，光通量越大。 F值的規(guī)律是后一個(gè)值正好是前一個(gè)數(shù)值的V2倍，所以，光圈調(diào)大一擋，光量減少2倍。常用值為1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22等幾個(gè)等級(jí)。一般光圈都可以調(diào)節(jié)，從而有手動(dòng)光圈 (ma nual iris)和自動(dòng)光圈(autoiris)之分。？手動(dòng)光圈工業(yè)鏡頭是的最簡(jiǎn)單的工業(yè)鏡頭，適用于光照條件相對(duì)穩(wěn)定的條 件下，手動(dòng)光圈由數(shù)片金屬薄片構(gòu)成。光通量靠鏡頭外徑上的一個(gè)環(huán)調(diào)節(jié)。旋 轉(zhuǎn)此圈可使光圈收小或放大。 在照明條件變化大的環(huán)境中或不是用來(lái)監(jiān)視某個(gè) 固定目標(biāo)，應(yīng)采用自動(dòng)光圈工業(yè)鏡頭，比如在戶外或人

10、工照明經(jīng)常幵關(guān)的地方， 自動(dòng)光圈鏡頭的光圈的動(dòng)作由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，馬達(dá)受控于攝像機(jī)的視頻信號(hào)。自動(dòng)光圈工業(yè)鏡頭又有兩類： 一類是將一個(gè)視頻信號(hào)及電源從攝像機(jī)輸送 到透鏡來(lái)控制鏡頭上的光圈， 鏡頭本身包含放大器電路， 用以將攝像頭傳來(lái)的 視頻幅度信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)光圈馬達(dá)的控制，這稱為視頻（VIDEO）驅(qū)動(dòng)型；另一類則利用攝像機(jī)上的直流電壓來(lái)直接控制光圈，稱為直流（DC）驅(qū)動(dòng)型，這種鏡頭只包含電流計(jì)式光圈馬達(dá)，要求攝像頭內(nèi)有放大器電路。？對(duì)于各類自動(dòng)光圈工業(yè)鏡頭，通常還有兩項(xiàng)可調(diào)整旋鈕，一是ALC調(diào)節(jié)（測(cè)光調(diào)節(jié)），有以峰值測(cè)光和根據(jù)目標(biāo)發(fā)光條件平均測(cè)光兩種選擇，一般取平均測(cè)光檔；另一個(gè)是LEVEL調(diào)節(jié)（靈敏

11、度），可將輸出圖像變得明亮或者暗淡。工業(yè)鏡頭基本參數(shù)（二）2009年3月28日艾菲特光電四. 工業(yè)鏡頭的視角，焦距 ？焦距的大小決定著視場(chǎng)角的大小，焦距數(shù)值小，視場(chǎng)角大，所觀察的范圍也大，但距離遠(yuǎn)的物體分辨不很清楚； 焦距數(shù)值大，視場(chǎng)角小，觀察范圍小,只要焦距選擇合適，即便距離很遠(yuǎn)的物體也可以看得清清楚楚。由于焦距和視場(chǎng)角是對(duì)應(yīng)的，一個(gè)確定的焦距就意味著一個(gè)確定的視場(chǎng)角，所以在選擇鏡頭焦距時(shí)，應(yīng)該充分考慮是觀測(cè)細(xì)節(jié)重要，還是有一個(gè)大的觀測(cè)范圍重要，如果要看細(xì)節(jié)，就選擇長(zhǎng)焦距鏡頭；如果看近距離大場(chǎng)面，就選擇小焦距的廣角鏡頭。1. 焦距的計(jì)算：？鏡頭的焦距，視場(chǎng)大小及鏡頭到被攝取物體的距離的計(jì)算如

12、下：?f = wLZ W?f :鏡頭焦距？w圖象的寬度(被攝物體在ccd靶面上成象寬度)?W被攝物體寬度？L:被攝物體至鏡頭的距離？高度可以類比。？2. 視場(chǎng)角的計(jì)算：tg ( 3 H/2) = h/2f = W/L tg ( 3 V /2 ) = v /2f = H/L？3 H:水平視場(chǎng)角？3 V：垂直視場(chǎng)角？f :鏡頭的焦距？h:攝像機(jī)靶面的水平寬度？v：攝像機(jī)靶面的垂直高度？W最大可見(jiàn)物體寬度的一半？H:最大可見(jiàn)物體高度的一半？L:被攝物體至鏡頭的距離？垂直視角可以類比。？3. 鏡頭按視角分類？鏡頭按視角分可以分為：？標(biāo)準(zhǔn)鏡頭：視角3 0度左右，在1/2英寸CCD攝象機(jī)中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭 焦距

13、定為1 2 mm，在1/3英寸C CD攝像機(jī)中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距定為 8 mm只 所以稱30度視角的鏡頭是標(biāo)準(zhǔn)鏡頭是因?yàn)槿搜鄣挠行б暯谴蟾攀?30度。？廣角鏡頭：視角9 0度以上，焦距可小于幾毫米，可提供較寬廣的 視景。？遠(yuǎn)攝鏡頭：視角20度以內(nèi)，焦距可達(dá)幾米甚至幾十米，此鏡頭可 在遠(yuǎn)距離情況下將拍攝的物體影響放大，但使觀察范圍變小。？4. 鏡頭按焦距分類？鏡頭從焦距上分為：？短焦距鏡頭：因入射角較寬，可提供一個(gè)較寬廣的視野。？中焦距鏡頭：標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，焦距的長(zhǎng)度視CC D的尺寸而定。？長(zhǎng)焦距鏡頭：因入射角較狹窄，故僅能提供狹窄視景，適用于長(zhǎng)距離監(jiān)視。按焦距分類和按視角分類是對(duì)應(yīng)的。？5. 定焦鏡頭和

14、變焦鏡頭？有些鏡頭的焦點(diǎn)是固定的，而有些鏡頭的焦點(diǎn)是可變的，這分別稱為定 焦鏡頭和變焦鏡頭。？變焦鏡頭也常被成為變倍鏡頭，它的焦距連續(xù)可變，即可將遠(yuǎn)距離物體 放大，同時(shí)又可提供一個(gè)寬廣視景，使監(jiān)視范圍增加。變焦鏡頭有手動(dòng)伸縮鏡頭和自動(dòng)伸縮鏡頭兩大類。典型的光學(xué)放大規(guī)格有6倍(6.0-36mm，F(xiàn)1.2)、8倍(4 . 5-36mm F1. 6)、1 0 倍(8 . 0-80mm，F(xiàn)1. 2)、12 倍(6.0-72mm，F(xiàn)1. 2)、2 0倍(10-200mm, F1.2)等檔次，并以電動(dòng)伸縮鏡頭應(yīng)用最普遍。五鏡頭的分辨率？描述鏡頭成像質(zhì)量的內(nèi)在指標(biāo)是鏡頭的光學(xué)傳遞函數(shù)與畸變，但對(duì)用戶 而言，需要了解的僅僅是鏡頭的空間分辨率，以每毫米能夠分辨的黑白條紋數(shù)為計(jì)量單位。六.特殊鏡頭在特殊的安全鏡頭族群中，值得一提的品種包括光纖鏡頭、管道鏡頭、 分像鏡頭、拐角鏡頭、中繼鏡頭、自動(dòng)聚焦鏡頭、安定鏡頭和長(zhǎng)程鏡頭。這些 鏡頭各有所長(zhǎng)，可以實(shí)現(xiàn)普通鏡頭所無(wú)