光學(xué)人生

1. 相機(jī)基礎(chǔ)知識

按感光器件類型可分為2大類,CCD器件和CMOS器件

按用處分類可分為視覺相機(jī)和安防監(jiān)控相機(jī)兩大類

按感光單元排列方法分為線陣掃描相機(jī)和面陣掃描相機(jī)

按彩色形成方式:

2: 鏡頭基礎(chǔ)知識

鏡頭外形

機(jī)器視覺常用定焦鏡頭，并且都是手動調(diào)整光圈，一般不允許自動調(diào)整光圈，鏡頭上有調(diào)焦和調(diào)光圈兩個環(huán)，為了防止誤碰動

，工業(yè)鏡頭的兩個環(huán)都有鎖定螺絲。

注意調(diào)焦環(huán)不是用來調(diào)整焦距，而是調(diào)整像距，保證清晰圖像落在焦平面上

常用鏡頭參數(shù)：焦距

焦距是鏡頭最常用的參數(shù)，我們包裝檢測系列產(chǎn)品中使用的鏡頭有3.5mm,4mm,6mm,8mm,12mm等多種規(guī)格(1/3”CCD的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭為8mm)。

除雜系列產(chǎn)品一般都使用28mm的廣角鏡頭(線掃描相機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭大概是40mm左右)。

焦距越小的鏡頭越不好做，價格越高，邊緣變形等問題越大，所以盡量選用標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，性價比最高

常用鏡頭參數(shù)：光圈

光圈是一個用來控制光線透過鏡頭，進(jìn)入機(jī)身內(nèi)感光面的光量的裝置

              光圈f值 = 鏡頭的焦距 / 鏡頭口徑的直徑

根據(jù)公式，光圈f值愈小，在同一單位時間內(nèi)的進(jìn)光量便愈多 ，每級光圈一般以倍數(shù)遞增，例如f8調(diào)整到f5.6 ，進(jìn)光量多一倍

光圈越小，景深越大

增加景深的問題

在我們的產(chǎn)品里，往往要求加大景深，例如除雜機(jī)里，煙葉不完全在同一個平面上，只有加大景深才能讓不同距離上的煙葉都清晰。

加大景深只有通過縮小光圈來實(shí)現(xiàn)，而縮小光圈同時會導(dǎo)致圖像變暗，這就要求照明亮度要提高

常用鏡頭參數(shù)：分辨率

鏡頭分辯率指的是在像平面處1毫米內(nèi)能分辨開的黑白相間的線條對數(shù)，單位是“ 線對 / 毫米”。

條包檢測器上用computar MP0814-MP鏡頭，是百萬象素級的鏡頭,分辨率為100線對/mm，這個分辨率較高。其實(shí)除了視覺測量，其實(shí)我們的產(chǎn)品一般都不用這么高的分辨率

CCD的芯片的分辨率越高，要求的鏡頭的分辨率也越高

常用鏡頭參數(shù)：變形率

變形率的定義：

兩張底片比較，一張是該鏡頭拍的底片（底片1），另一張是無變形的標(biāo)準(zhǔn)底片（底片2），兩張底片的取景相同，中心嚴(yán)格一致，先在底片1上確定一點(diǎn)到底片中心點(diǎn)的距離（距離1），然后在底片2上找到對應(yīng)的該點(diǎn)，并度量該點(diǎn)到中心點(diǎn)的距離（距離2），然后：（距離1 - 距離2） / 距離2 *100%

所有的鏡頭都存在有變形的現(xiàn)象，可以用一個網(wǎng)格線模板進(jìn)行測試，一般情況下，越是焦距短的鏡頭，越是變形率大

變形率小于2%都是不錯的鏡頭。

C接口和CS接口

C接口：鏡頭基準(zhǔn)面到焦平面（也就是CCD靶面）為17.526mm

CS接口：鏡頭基準(zhǔn)面到焦平面（也就是CCD靶面）為12.5mm

注意：機(jī)械設(shè)計(jì)如何確定焦平面（也就是CCD靶面），一般就是從相機(jī)鏡頭接口往后量12.5mm或者17.526mm（根據(jù)相機(jī)接口類型定）

3: 光路計(jì)算

CCD成像基礎(chǔ)共式

CCD光路計(jì)算規(guī)律

在我們的計(jì)算中， 一般有如下規(guī)律

1. u >> f：

2. 像距v近似等于焦距f：由于物距u>>焦距f，根據(jù)公司，所以物距基本等于焦距，事實(shí)上，調(diào)焦的過程就是將像距微調(diào)和焦距基本相差不遠(yuǎn)

3. 鏡頭中心點(diǎn)的確認(rèn)：由于v近似等于f，所以，從CCD靶面向前焦距距離就是鏡頭中心點(diǎn)，這個點(diǎn)的缺點(diǎn)對于我們光路作圖意義很大

視場角和鏡頭中心點(diǎn)

視角 = 2 arctag(CCD靶面尺寸/2V)

由于V近似等于f, 所以視角近似等于2arctag(CCD靶面尺寸/2f）

鏡頭中心的位置大致就在靶面向前f的距離上

視場角的進(jìn)一步知識

視角與鏡頭、CCD尺寸均相關(guān)，

對于1/3寸CCD的視角

標(biāo)準(zhǔn)鏡頭是指和人眼有效視角差不多的鏡頭（大約30度），1/3英寸CCD的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭是8mm，1/2英寸CCD的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭是12mm。

以前35mm膠卷的照相機(jī)標(biāo)準(zhǔn)鏡頭是50mm，除雜機(jī)用的線陣相機(jī)標(biāo)準(zhǔn)鏡頭大致為40mm，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭比較容易制造，性價比也比較高。

光路作圖步驟1

1. 查CCD手冊得到靶面尺寸和位置,并在CAD圖上畫出靶面的位置

2. 從靶面向前f(鏡頭的焦距,例如35mm)找到鏡頭中心點(diǎn)

3. 連線即可得到CCD的視野范圍

4. 如果視野不滿足要求,可通過更換不同焦距的鏡頭來達(dá)成目標(biāo)

光路作圖步驟2

1. 如果視頻柜的空間不夠,可以采用反光鏡來調(diào)整相機(jī)實(shí)際位置,作圖時,以反光鏡為中軸做鏡像影射即可

2. 鏡子的兩端應(yīng)該超出視場角線兩端一小段距離, 保證視野內(nèi)全是反光鏡的成像

3. 相機(jī)不能出現(xiàn)在視角范圍內(nèi), 否則會阻擋相機(jī)的視野

4. 反光鏡鏡面不宜朝上, 否則容易落灰, 如果一定需要朝上, 必須做個外殼將相機(jī)和反光鏡封在同一個密閉體內(nèi).

- END -