工业镜头视场倍率焦距之间的关系.docx

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工业镜头视场倍率焦距之间的关系

工业镜头视场、倍率、焦距之间的关系

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ﻩ

工业镜头的视场、倍率、焦距之间的关系

一、焦距的计算方法

二、光学放大倍率的计算方法

三、视场的计算方法

四、视野表

光学放大倍率

2/3"

（宽度×长度×对角线）

显示器 

放大倍率

1/2"

（宽度×长度×对角线）

显示器 

放大倍率

1/3"

（宽度×长度×对角线）

显示器 

放大倍率

9"

14"

9"

14"

9"

14"

x0.1

66x88x110

2.1

3.2

48x64x80

2.9

4.5

36x48x60

3.8

5.9

x0.14

47x63x79

2.9

4.5

34x46x57

4.0

6.2

26x34x43

5.3

8.3

x0.16

41x55x69

3.4

5.2

30x40x50

4.6

7.1

23x30x38

6.1

9.5

x0.18

37x49x61

3.8

5.8

27x36x44

5.1

8.0

20x27x33

6.9

10.7

x0.2

33x44x55

4.2

6.5

24x32x40

5.7

8.9

18x24x30

7.6

11.9

x0.3

22x29x37

6.3

9.7

16x21x27

8.6

13.4

12x16x20

11.4

17.8

x0.4

17x22x28

8.4

12.9

12x16x20

11.4

17.8

9x12x15

15.2

23.7

x0.5

13x18x22

10.5

16.2

9.6x12.8x16

14.3

22.3

7.2x9.6x12

19.1

29.7

x0.6

11x15x18

12.6

19.4

8.0x10.7x13

17.2

26.7

6x8x10

22.9

35.6

x0.7

9x13x16

14.7

22.6

6.9x9.1x11

20.0

31.2

5.1x6.9x8.6

26.7

41.5

x0.75

9x12x15

15.8

24.2

6.4x8.5x11

21.5

33.4

4.8x6.4x8.0

28.6

44.5

x0.8

8x11x14

16.8

25.8

6.0x8.0x10

22.9

35.6

4.5x6.0x7.5

30.5

47.4

x0.9

7.3x9.8x12.2

18.9

29.1

5.3x7.1x8.9

25.7

40.1

4.0x5.3x6.7

34.3

53.4

x1

6.6x8.8x11.0

21.0

32.3

4.8x6.4x8.0

28.6

44.5

3.6x4.8x6.0

38.1

59.3

x1.5

4.4x5.9x7.3

31.5

48.5

3.2x4.3x5.3

42.9

66.8

2.4x3.2x4.0

57.2

89.0

x2

3.3x4.4x5.5

42.0

64.6

2.4x3.2x4.0

57.2

89.0

1.8x2.4x3.0

76.2

119

x2.5

2.6x3.5x4.4

52.5

80.8

1.9x2.6x3.2

71.5

111

1.4x1.9x2.4

95.3

148

x3

2.2x2.9x3.7

63.0

96.9

1.6x2.1x2.7

85.8

134

1.2x1.6x2.0

114

178

x3.5

1.9x2.5x3.1

73.5

113

1.4x1.8x2.3

100

156

1.0x1.4x1.7

133

208

x4

1.7x2.2x2.8

84.0

129

1.2x1.6x2.0

114

178

0.9x1.2x1.5

152

237

x4.5

1.5x2.0x2.4

94.5

145

1.1x1.4x1.8

129

200

0.8x1.1x1.3

171

267

x5

1.3x1.8x2.2

105

162

1.0x1.3x1.6

143

223

0.7x1.0x1.2

191

297

x6

1.1x1.5x1.8

126

194

0.8x1.1x1.3

172

267

0.6x0.8x1.0

229

356

x7

0.94x1.26x1.57

147

226

0.69x0.91x1.14

200

312

0.51x0.69x0.86

267

415

x8

0.83x1.10x1.38

168

258

0.60x0.80x1.00

229

356

0.45x0.60x0.75

305

474

x9

0.73x0.98x1.22

189

291

0.53x0.71x0.89

257

401

0.40x0.53x0.67

343

534

x10

0.66x0.88x1.10

210

323

0.48x0.64x0.80

286

445

0.36x0.48x0.60

381

593

x11

0.60x0.80x1.00

231

355

0.44x0.58x0.73

315

490

0.33x0.44x0.55

419

652

x12

0.55x0.73x0.92

252

388

0.40x0.53x0.67

343

534

0.30x0.40x0.50

457

712

五、机器视觉中工业镜头的计算方式

１、WD物距　工作距离（WｏrkＤｉstance,WD）。

 ﻫ2、FＯV视场视野（ＦieldofView，FOV）

３、DＯＶ　景深（Dｅｐtｈ　oｆ　Fｉeld）。

 ﻫ4、Hｏ:

视野的高度ﻫ5、Hi:

摄像机有效成像面的高度（Hi来代表传感器像面的大小）6、PMAG：

镜头的放大倍数 ﻫ7、f:

镜头的焦距 

8、LＥ:

镜头像平面的扩充距离

ﻫ

　　　要了解CCD尺寸,首先必须先认识在工程师眼中“１英吋”的定义是什么?

　　业界通用的规范就是1英吋CCD尺寸=长1２．8mm×　宽　9.６mm=对角线为　16ｍm　之对应面积。

　　透过“勾股定理”.可得出该三角之三边比例为

4:

3:

5；换句话说,我无须给你完整的面积参数，只要给你该三角形最长一边长度,你就可以透过简单的定理换算回来。

而且面积对角线长度就是１6除以那个分母。

　　　　　　有了固定单位的　CCD尺寸就不难了解余下ＣＣDＳｉｚe　比例定义了，例如：

　　　1）1/２＂　ＣCD的对角线就是1"的一半为8mm，面积约为１／４；

　　2）1/4"ＣCD的对角线就是1"的1/4，即为　4ｍｍ,面积约为1／16。

　　所以,得出这样的结论，就是1／2．５incｈＣCD感光面积<1／1.８ｉｎcｈ。

　六、相机和镜头选择技巧

1、相机的主要参数:

 感光面积SＳ（Sensor　Size）ﻫ2、镜头的主要参数:

焦距FL（FocａlＬengtｈ）ﻫ最小物距Dmin（minimumFocａlＤｉsｔａnｃe）

3、其他参数：

视野ＦOV（ＦｉeｌdofＶiew） ﻫ像素ｐixel　 ﻫFOVmin=ＳS（Dｍｉn/ＦＬ）ﻫ如：

SS=6.４mm，Ｄmiｎ=8in，ＦL=12mm　piｘel=640*480ﻫ则:

FOＶmin＝６．4（8/１2）＝4.2３mm　４．23/640=0.0０7mmﻫ　如果精度要求为0．01mｍ，1ｐixels=0.0０7mm<0.01ｍmﻫ　结论:

可以达到设想的精度

七、工业相机传感器尺寸大小:

１／４″：

（3．2mm×2.4ｍm）;    1/３″:

（4.8mm×3.6mm）;

1／2″:

（6．4mm×４.8ｍm）；    ２/３″:

（８.8mm×6.6mm）;ﻫ1″：

（12.8mm×9．6mm）；

机器视觉工业镜头的相关专业术语详解

　机器视觉系统中,镜头相当于人的眼睛，其主要作用是将目标的光学图像聚焦在图像传感器（相机）的光敏面阵上。

视觉系统处理的所有图像信息均通过镜头得到,镜头的质量直接影响到视觉系统的整体性能。

下面对机器视觉工业镜头的相关专业术语做以详解。

一、失真ﻫ可分为枕形失真和桶形失真,如下图示：

二、电视失真：

ﻫ　实际边长的歪曲形状与理想的形状的百分比算出的值。

三、光学倍率ﻫ　　　

四、监视放大ﻫ

ﻫ计算方法：

　例：

ＶＳ－MS1＋１0x镜头1/2”CＣD照相机,14”监视器上的成像ﻫ　　　　　

ﻫ　0．1mm的物体在监视器得到的是４４.45mm的成像

※有时根据TＶ监视器的扫描状态，以上的简易计算将有一些变化。

五、解析度

　表示了所能见到了２点的间隔0.６1x使用波长（λ）／NA=解析度（μ）

　以上的计算方法理论上可以计算出解析度,但不包括失真。

ﻫ※使用波长为５50ｎm

六、解像力

　　１mm中间可以看到黑白线的条数。

单位（ｌｐ）/mm.

七、MTF（MoｄulationTｒａnｓfeｒFuｎcｔion）ﻫ　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。

八、工作距离（Wｏrkｉng　Ｄｉsｔancｅ）

镜头的镜筒到物体的距离

九、O/I（OｂjeｃttoIｍａgｅr）

物像间距离即物体到像间的长度。

十、成像圈

成像尺寸φ,要输入相机感应器尺寸。

十一、照相机Ｍoｕnt

Ｃ-mount:

　1"dｉameterｘ32TPＩ:

FB:

17.526mｍ

　CS-mouｎt:

1＂　ｄiameteｒｘ32TPI：

　FB：

　１2.5２６mm

　F-mｏunt:

FB:

4６.５mｍﻫ　　M７2-Mouｎt:

FB　厂家各有不同

十二、视野（FOV）

　　视野指使用照相机以后看到的物体侧的范围ﻫ　照相机有效区域的纵向长度（V）／光学倍率（Ｍ）＝视野（Ｖ）ﻫ照相机有效区域的横向长度（H）/光学倍率（M）＝视野（H）ﻫ　　＊技术资料上的视野范围是指由光源及有效区域的一般数值计算出来的值。

　照相机有效区域的纵向长度（V）or（Ｈ）=照相机一个画素的尺寸×有効画素数（Ｖ）or（Ｈ）来计算。

十三、景深

　景深是指成像后物体的距离。

同样，照相机侧的范围称为焦点深度。

具体的景深的值多少略有不同。

十四、焦距（f）ﻫｆ（FoｃａｌＬｅngth）光学系的后主点（Ｈ２）到焦点面的距离。

十五、FNＯﻫ镜头从无限远时，亮度表示的数值，值越小越亮。

FNO＝焦距/入射孔径或有効口径＝ｆ／D

十六、实效F

有限距离时镜头的明亮度。

实效F　=　（1+光学倍率）ｘF#

　　实效F=　光学倍率/2NA

十七、NA（NumericａlApertｕｒe）ﻫ　　物体侧的NＡ=sｉn　uｘnﻫ成像侧的NA'　=ｓinu＇ｘn' 

　如下图所示入社角度u,物体侧折射率ｎ,成像侧的折射率＇n＇ﻫNA＝NA＇x放大率ﻫ　　　

十八、边缘亮度

相对照度是指中央的照度与周边的照度的百分比。

十九、远心镜头

　主光线与镜头光源平行的镜头。

有物体侧的远心，成像侧的远心,两侧的远心行头等方式。

二十、远心ﻫTelecｅntricity是指物体的倍率误差。

倍率误差越小,Telｅceｎｔricitｙ越高。

ﻫ　Ｔelecentricity有各种不同的用途，在镜头使用前，把握Telｅceｎｔｒicity很重要。

远心镜头的主光线与镜头的光轴平行,

　Telecｅｎtriｃitｙ不好,远心镜头的使用效果就不好；Teleｃenｔriciｔy可以用下图进行简单的确认。

ﻫ　　

二十一、景深　（DＯF）ﻫ　　景深（DｅｐtｈｏfＦｉeld）可以用以下的计算式计算出来:

ﻫ　景深=２　ｘPｅｒｍissibleCOCx　实效Ｆ　/　光学倍率２＝允许误差值　/（NＡx光学倍率）ﻫ　　（使用的是０.０４mm的PｅrmisｓibｌeCOC）

二十二、通风盘及解析度

Aiｒy　Disk是指通过没有失真的镜头在将光集中一点时,实际上形成的是一个同心圆。

这个同心圆就叫做Airy　Dｉsk。

ＡirｙDisｋ的半径r可以通过以下的计算公式计算出来。

这个值称为解析度。

ｒ=０．61λ／NA　Aiｒy　Dｉｓk的半径随波长改变而改变,波长越长，光越难集中于一点。

例：

NA０．０7的镜头　波長５５０nｍ　r＝0.61*0.55/0.07=４.8μ

二十三、MTF及解析度

MTF（ＭodulationTransｆerＦuｎcｔiｏn）　是指物体表面的浓淡变化,成像侧也被再现出来。

表示镜头的成像性能，成像再现物体的对比度的程度。

测试对比性能,用的是具有特定空间周波数的黑白间隔测试。

空间周波数是指1ｍm的距离浓淡变化的程度。

　图1所示，黑白矩阵波，黑白的对比度为１０0%.这个对象被镜头摄影后,成像的对比度的变化被定量化。

基本上，不管什么镜头,都会出现对比度降低的情况。

最终对比度降低至０％。

不能进行颜色的区别。

ﻫ　　　

ﻫ　　　

ﻫ　　图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。

图4显示了两个不同镜头的MTＦ曲线。

镜头a解析度低但是具有高对比度。

镜头b对比度低但是解析度高。