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如何選擇可變放大倍率鏡頭?
更新時(shí)間:2021-11-24   點(diǎn)擊次數(shù):1844次

如何選擇可變放大倍率鏡頭?

 

選擇成像鏡頭時(shí),必須了解成像系統(tǒng)的基本系統(tǒng)參數(shù)(詳情參見(jiàn)成像系統(tǒng)中的6種基本參數(shù) )。在正確選擇鏡頭之前,至少要考慮工作距離、視場(chǎng)和分辨率等因素。

 

對(duì)此,可以假設(shè)固定焦距鏡頭、變焦鏡頭和微距鏡頭具有相同的工作原理,并可按照相同的方式進(jìn)行選擇。假設(shè)變焦鏡頭規(guī)定了具體焦距,且變焦功能已鎖定。

所有可變放大倍率鏡頭都根據(jù)公式 1 進(jìn)行對(duì)焦。

圖片1.png

 

當(dāng) z’ 為像距(可視為成像平面和最后一個(gè)元件的距離),z 為物距(或?qū)刮矬w和前方鏡頭元件的距離),f 為鏡頭焦距。這是一種近似公式,其假定條件是鏡頭厚度為零,用以說(shuō)明像距和物距的關(guān)系。對(duì)于給定焦距,隨著物距(工作距離)增加,像距亦隨之增大。

對(duì)于單鏡頭元件,比如平凸鏡頭或雙凸鏡頭,該公式有助于在給定物距和像距情況下,確定正確焦距。但在采用多元件物鏡的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中(如圖 1 所示),這種公式具有以下幾個(gè)不足之處:不能描述視場(chǎng),且由于無(wú)法在機(jī)器視距鏡頭中測(cè)量成像距離,所以難以確定焦距。

通過(guò)采用放大倍率公式,即公式 2,

圖片2.png

其中 h’ h 分別為成像平面尺寸(通常是傳感器尺寸)和視場(chǎng),就可以重新將公式 1 轉(zhuǎn)化成一個(gè)更有用的形式,如公式 3 所示。

圖片3.png

 

公式 3 提供了一種快速輕松確定具體應(yīng)用需要何種焦距鏡頭的方法,但前提條件是需給出視場(chǎng)和傳感器尺寸等基本參數(shù)。

 

1 2 顯示的是一些具有不同焦距和不同傳感器(對(duì)應(yīng)于各個(gè)y軸)的鏡頭按公式 3 產(chǎn)生的性能曲線。

 

圖片4.png


1: 不同焦距鏡頭以及采用 1/3" 1/1.8" 傳感器時(shí)的視場(chǎng)大小。

 

 

圖片5.png


2: 不同焦距鏡頭以及采用 2/3" 1" 傳感器時(shí)的視場(chǎng)大小。

 

這些曲線圖有助于在已經(jīng)選定相機(jī)的情況下,確定機(jī)器視覺(jué)鏡頭的正確焦距:只需沿著 x 軸至所需工作距離處,通過(guò)相應(yīng) y 軸(取決于所用傳感器尺寸)確定坐標(biāo)平面上的焦點(diǎn)位置。選用鏡頭時(shí),最好先從形成焦點(diǎn)的最近一個(gè)鏡頭開(kāi)始調(diào)查 這可以顯著縮小鏡頭選擇范圍。

 

此外,這些曲線圖還能顯示機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中有關(guān)固定焦距鏡頭的一些要點(diǎn)。鏡頭的焦距越長(zhǎng),最小工作距離就越長(zhǎng),這是由其光學(xué)設(shè)計(jì)決定的。在鏡頭和相機(jī)之間增加隔圈可以縮短最小工作距離,但圖像質(zhì)量終會(huì)受到影響(詳情參見(jiàn)鏡頭墊圈,墊片和焦距擴(kuò)展器).

 

第二,傳感器越大,在相同焦距鏡頭下的視場(chǎng)也越大。例如,工作距離為 350mm 時(shí),2/3" 傳感器上的 12mm 鏡頭的視場(chǎng)約為 370mm,但在相同工作距離下,1"傳感器的視場(chǎng)約為 530mm——增加了 43%。最后,曲線圖中存在一些空白,表明現(xiàn)成的標(biāo)配固定焦距鏡頭不存在。例如,具有可用焦距的 2/3"傳感器無(wú)法在 600mm 的工作距離下獲得 525mm 的視場(chǎng)。接近的鏡頭的焦距為 8.5mm,這需要大約 510mm 的工作距離才能獲得該視場(chǎng)。

 

這些曲線圖只是縮小具體應(yīng)用最佳適用鏡頭選擇范圍的第一步。它們不能解決圖像質(zhì)量、失真,相對(duì)照度或成像鏡頭其他重要質(zhì)量問(wèn)題,而只能提供具體傳感器尺寸下的視場(chǎng)大小。關(guān)于如何按照分辨率選擇鏡頭的問(wèn)題,請(qǐng)?jiān)斠?jiàn) 根據(jù)分辨率選擇鏡頭.

 

 


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