1、工业镜头视场、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、视野表显示器 放大倍率显示器 放大倍率显示器 放大倍率光学放大倍率2/3“(宽度长度对角线)9“ 14“1/2“(宽度长度对角线)9“ 14“1/3“(宽度长度对角线) 9“ 14“x0.1 66x88x110 2.1 3.2 48x64x80 2.9 4.5 36x48x60 3.8 5.9x0.14 47x63x79 2.9 4.5 34x46x57 4.0 6.2 26x34x43 5.3 8.3x0.16 41x55x69 3.4 5.2 30x40x50 4.6 7.1 23x30x3
2、8 6.1 9.5x0.18 37x49x61 3.8 5.8 27x36x44 5.1 8.0 20x27x33 6.9 10.7x0.2 33x44x55 4.2 6.5 24x32x40 5.7 8.9 18x24x30 7.6 11.9x0.3 22x29x37 6.3 9.7 16x21x27 8.6 13.4 12x16x20 11.4 17.8x0.4 17x22x28 8.4 12.9 12x16x20 11.4 17.8 9x12x15 15.2 23.7x0.5 13x18x22 10.5 16.2 9.6x12.8x16 14.3 22.3 7.2x9.6x12 19.1
3、 29.7x0.6 11x15x18 12.6 19.4 8.0x10.7x13 17.2 26.7 6x8x10 22.9 35.6x0.7 9x13x16 14.7 22.6 6.9x9.1x11 20.0 31.2 5.1x6.9x8.6 26.7 41.5x0.75 9x12x15 15.8 24.2 6.4x8.5x11 21.5 33.4 4.8x6.4x8.0 28.6 44.5x0.8 8x11x14 16.8 25.8 6.0x8.0x10 22.9 35.6 4.5x6.0x7.5 30.5 47.4x0.9 7.3x9.8x12.2 18.9 29.1 5.3x7.1x8
4、.9 25.7 40.1 4.0x5.3x6.7 34.3 53.4x1 6.6x8.8x11.0 21.0 32.3 4.8x6.4x8.0 28.6 44.5 3.6x4.8x6.0 38.1 59.3x1.5 4.4x5.9x7.3 31.5 48.5 3.2x4.3x5.3 42.9 66.8 2.4x3.2x4.0 57.2 89.0x2 3.3x4.4x5.5 42.0 64.6 2.4x3.2x4.0 57.2 89.0 1.8x2.4x3.0 76.2 119x2.5 2.6x3.5x4.4 52.5 80.8 1.9x2.6x3.2 71.5 111 1.4x1.9x2.4
5、95.3 148x3 2.2x2.9x3.7 63.0 96.9 1.6x2.1x2.7 85.8 134 1.2x1.6x2.0 114 178x3.5 1.9x2.5x3.1 73.5 113 1.4x1.8x2.3 100 156 1.0x1.4x1.7 133 208x4 1.7x2.2x2.8 84.0 129 1.2x1.6x2.0 114 178 0.9x1.2x1.5 152 237x4.5 1.5x2.0x2.4 94.5 145 1.1x1.4x1.8 129 200 0.8x1.1x1.3 171 267x5 1.3x1.8x2.2 105 162 1.0x1.3x1.6
6、 143 223 0.7x1.0x1.2 191 297x6 1.1x1.5x1.8 126 194 0.8x1.1x1.3 172 267 0.6x0.8x1.0 229 356x7 0.94x1.26x1.57 147 226 0.69x0.91x1.14 200 312 0.51x0.69x0.86 267 415x8 0.83x1.10x1.38 168 258 0.60x0.80x1.00 229 356 0.45x0.60x0.75 305 474x9 0.73x0.98x1.22 189 291 0.53x0.71x0.89 257 401 0.40x0.53x0.67 343
7、534x10 0.66x0.88x1.10 210 323 0.48x0.64x0.80 286 445 0.36x0.48x0.60 381 593x11 0.60x0.80x1.00 231 355 0.44x0.58x0.73 315 490 0.33x0.44x0.55 419 652x12 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（Work Distance，WD）。 2、FOV 视场 视野（Field of View，FOV）3、D
8、OV 景深（Depth of Field）。 4、Ho:视野的高度5、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 7、f:镜头的焦距 8、LE:镜头像平面的扩充距离六、相机和镜头选择技巧1、相机的主要参数:感光面积 SS（Sensor Size）2、镜头的主要参数:焦距 FL（Focal Length）最小物距 Dmin（minimum Focal Distance）3、其他参数:视野 FOV（Field of View） 像素 pixel FOVmin=SS（Dmin/FL）如:SS=6.4mm，Dmin=8in，FL=12mm pixel=64
9、0*480则:FOVmin=6.4（8/12）=4.23mm 4.23/640=0.007mm如果精度要求为七、工业相机传感器尺寸大小：1/4:(3.2mm2.4mm)； 1/3:(4.8mm3.6mm)；1/2:(6.4mm4.8mm)； 2/3:(8.8mm6.6mm)；1:(12.8mm9.6mm)；0.01mm，1pixels=0.007mm0.01mm结论:可以达到设想的精度八、光学放大率光学放大率影像大小相对于物体的放大率 =y/y =b/a=NA/NA=CCD 相机元素尺寸/视场实际尺寸电子放大率电子放大率是用相机拍照成像在CCD 上的像呈现在显示器的放大倍数放大率显示器放大率显
10、示器放大率是被拍物体通过镜头成像显示在显示器上的放大倍数 显示器放大率（光学放大率）（电子放大率） 例子:光学放大率0. 2X, CCD 大小 1/2（对角线长8mm）,显示器 14 电子放大率1425.4/844.45（倍） 显示器放大率0.244.458.89（倍） （1寸25.4mm）视场视场是镜头与 CCD 相机连接时物体可被看见的范围大小 视场的大小是:（CCD格式大小）/（光学放大率） 例子:光学放大率0.2X，CCD1/2（4.8mm 长，6.4mm 宽）视场大小 :长4.8/0.224（mm）宽6.4/0.232（mm）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
11、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、失真可分为枕形失真和桶形失真，如下图示：二、电视失真：实际边长的歪曲形状与理想的形状的百分比算出的值。三、光学倍率四、监视放大计算方法：例：VS-MS110x 镜头 1/2” CCD 照相机, 14”监视器上的成像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()/ NA=解析度()以上
12、的计算方法理论上可以计算出解析度，但不包括失真。使用波长为 550nm六、解像力mm 中间可以看到黑白线的条数。单位（lp）/mm.七、MTF（Modulation Transfer Function）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（Object to Imager）物像间距离即物体到像间的长度。十、成像圈成像尺寸 ，要输入相机感应器尺寸。十一、照相机 MountC-mount: 1“ diameter x 32 TPI: FB: 17.526mmCS-mount: 1“ diameter
13、 x 32 TPI: FB: 12.526mmF-mount: FB:46.5mmM72-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照相机有效区域的纵向长度（V）/光学倍率（M）视野（V）照相机有效区域的横向长度（H）/光学倍率（M）视野（H）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 ()（Focal Length）光学
14、系的后主点（H2）到焦点面的距离。十五、FNO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) x F#实效 F = 光学倍率 / 2NA十七、NA（Numerical Aperture）物体侧的 NA = sin u x n成像侧的 NA = sin ux n 如下图所示 入社角度 u, 物体侧折射率 n, 成像侧的折射率 nNA = NA x 放大率十八、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
15、心行头等方式。二十、远心Telecentricity 是指物体的倍率误差。倍率误差越小，Telecentricity 越高。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。二十一、景深 (DOF)景深（Depth of Field）可以用以下的计算式计算出来：景深 = 2 x Permissible COC x 实效 F / 光学倍率 2 = 允许误差值 / (NA x 光学倍率)(使用
16、的是 0.04mm 的 Permissible COC)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。Airy Disk 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。= 0.61/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=4.8二十三、 MTF 及解析度MTF（Modulation Transfer Function) 是指物体表面的浓淡变化，成像侧也被再现出来。
17、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mm 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。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。
