機器視覺硬體 相機鏡頭的選型

2021-08-20 22:05:33 字數 2405 閱讀 7879

相機鏡頭的選型

1 焦距(focal length)

記為f。從鏡頭中心點到膠平面上所形成的清晰影像之間的距離。一般 情況下,焦距越大,工作距離越大,視角越小;焦距越小,工作距離越小,視角越大。

2 ccd晶元的尺寸(sensor size)

正常的 1英吋=25.4mm

ccd相機沿用的 1英吋=16mm 且為對角線長度。

鏡頭可支援的最大ccd尺寸應大於等於選配相機ccd晶元尺寸。

3 光圈係數(iris)

f=f/d。 以鏡頭焦距f和通光孔的直徑d的比值來衡量。f值越大,光圈越小。

光圈係數是鏡頭的重要內部引數,它就是鏡頭相對孔徑的倒數,光圈係數的標稱值數字越大,也就表示其實際光圈就越小。一般的廠家都會用f數來表示這一引數。鏡頭的光圈排列順序是:1、1.4、2.0、2.8、3.5、4.0、5.6、8.0、11、16、22、32等等,f/#的大小是通常通過改變光圈調整環的大小來設定的。隨著數值的增大,其實際光孔大小也就隨之減小,而其在相同快門時間內的光通量也就隨之減小。

光圈可以控制鏡頭的進光量,也就是光照度,還可以調節景深,以及確定解析度下系統成像的對比度,從而影響成像質量。一般採用f#來表示光圈,通常情況下都將光圈設定在鏡頭內部。

公式表示為:f/#=efl/dep

其中efl為有效焦距,dep為有效入瞳直徑,這公式廣泛運用於無窮遠工作距的情況。

在機器視覺中,由於工作距離有限,物體與透鏡非常接近,此時f/#更精確的表示為:

(f/#)w≈(1+ |m |)× f/#

例如:乙個f/2.8,放大率為-0.5倍,25mm鏡頭的(f/#)w為f/4.2。

f/#的正確計算對光照度和成像質量有著不可忽視的影響。

同時,與數值孔徑na也是密切相關的,這點在顯微鏡和機器視覺上顯得尤為重要:

na=1/[2(f/#)]

隨著像元尺寸的持續減小,f/#成為了限制系統成像質量的重要因素,因為它所影響景深和解析度成反比的關係,景深增大,解析度就降低。所以根據具體環境選取f/#大小也成為了乙個重要的技術指標。

4 介面(mount)

鏡頭與相機的連線方式有c/cs/f等,c/cs基本可以通用,螺紋直徑均為25mm,只是長度不同,可以用轉接環配合。

5 景深

被拍攝物體聚焦清楚後,在物體前後一定距離內,其影像仍然清晰的範圍。光圈越大,景深越小;光圈越小,景深越大;焦距越長,景深越小;焦距越短,景深越大。距離拍攝物體越近時,景深越小;

6 解析度(resolution)

解析度(resolution)又稱分辨力、鑑別率、鑑別力、分析力、解像力和分辨本領,是指攝影鏡頭清晰地再現被攝景物纖微細節的能力。鏡頭的解析度是指在成像平面上1mm間距內能分辨開的黑白相間的線條對數,它的單位是「線對/公釐」。 顯然解析度越高的鏡頭,所拍攝的影像越清晰細膩。它的優點是可以量化,用資料表示,使結果更直觀、更科學、更嚴密。

分清感測器水平或者垂直方向上的畫素大小,及該方向上物體的尺寸,可以計算出每個像元表示的物體大小,從而計算出解析度,有助於選擇鏡頭與感測器的最佳配合。

解析度表示了鏡頭的解像能力,單位為lp/mm。光學系統的解析度取決於感測器的畫素,解析度的最終確定,還取決於所選取的相應鏡頭的成像質量。

pixel size為像元尺寸,解析度計算為如下公式:

解析度(lp/mm)

例如:pixel size=3.45um×3.45um,number of pixels(h×v)=2048×2050的感測器,視場大小為100mm,則

感測器尺

放大率:

7 工作距離(working distance wd)

鏡頭第乙個工作面到被測物體的距離

8 視野範圍(field of view, fov)

相機實際拍到區域的尺寸

9 光學放大倍數(magnification)

ccd/fov

10 數值孔徑(numerical aperture, na)

11 後背焦(flange distance)

12 訊雜比

攝像機的圖象訊號與它的雜訊訊號之比,用s/n表示。s表示攝像機在假設元雜訊時的影象訊號值,n表示攝像機本身產生的雜訊值(比如熱雜訊),二者之比即為訊雜比,用分貝(db)表示。訊雜比越高越好,典型值為46db。

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