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如何選擇可變放大倍率鏡頭?
發布時間:2021-11-24   點擊次數:168次

如何選擇可變放大倍率鏡頭?

 

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

 

對此,可以假設固定焦距鏡頭、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行選擇。假設變焦鏡頭規定了具體焦距,且變焦功能已鎖定。

所有可變放大倍率鏡頭都根據公式 1 進行對焦。

圖片1.png

 

z’ 為像距(可視為成像平面和最后一個元件的距離),z 為物距(或對焦物體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,用以說明像距和物距的關系。對于給定焦距,隨著物距(工作距離)增加,像距亦隨之增大。

對于單鏡頭元件,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器視覺系統中(如圖 1 所示),這種公式具有以下幾個不足之處:不能描述視場,且由于無法在機器視距鏡頭中測量成像距離,所以難以確定焦距。

通過采用放大倍率公式,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,就可以重新將公式 1 轉化成一個更有用的形式,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用需要何種焦距鏡頭的方法,但前提條件是需給出視場和傳感器尺寸等基本參數。

 

1 2 顯示的是一些具有不同焦距和不同傳感器(對應于各個y軸)的鏡頭按公式 3 產生的性能曲線。

 

圖片4.png


1: 不同焦距鏡頭以及采用 1/3" 1/1.8" 傳感器時的視場大小。

 

 

圖片5.png


2: 不同焦距鏡頭以及采用 2/3" 1" 傳感器時的視場大小。

 

這些曲線圖有助于在已經選定相機的情況下,確定機器視覺鏡頭的正確焦距:只需沿著 x 軸至所需工作距離處,通過相應 y 軸(取決于所用傳感器尺寸)確定坐標平面上的焦點位置。選用鏡頭時,最好先從形成焦點的最近一個鏡頭開始調查 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器視覺系統中有關固定焦距鏡頭的一些要點。鏡頭的焦距越長,最小工作距離就越長,這是由其光學設計決定的。在鏡頭和相機之間增加隔圈可以縮短最小工作距離,但圖像質量終會受到影響(詳情參見鏡頭墊圈,墊片和焦距擴展器).

 

第二,傳感器越大,在相同焦距鏡頭下的視場也越大。例如,工作距離為 350mm 時,2/3" 傳感器上的 12mm 鏡頭的視場約為 370mm,但在相同工作距離下,1"傳感器的視場約為 530mm——增加了 43%。最后,曲線圖中存在一些空白,表明現成的標配固定焦距鏡頭不存在。例如,具有可用焦距的 2/3"傳感器無法在 600mm 的工作距離下獲得 525mm 的視場。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。

 

這些曲線圖只是縮小具體應用最佳適用鏡頭選擇范圍的第一步。它們不能解決圖像質量、失真,相對照度或成像鏡頭其他重要質量問題,而只能提供具體傳感器尺寸下的視場大小。關于如何按照分辨率選擇鏡頭的問題,請詳見 根據分辨率選擇鏡頭.

 

 


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