攝像機和鏡頭的基礎知識

2021-07-27 20:50:42 字數 4437 閱讀 4107

原文:

按感光器件型別可分為2大類,ccd器件和cmos器件

ccdcmos

設計單一感光器,集中統一放大

每個感光器連線放大器

靈敏度同樣面積下,感光開口小

靈敏度底

成本線路品質影響程度高,成本高

cmos整合整合,成本低

解析度連線複雜度低,解析度高

新技術解析度高

噪點比單一放大,雜訊低

放大器多,特性不一致,噪點高

功耗比需外加電壓,功耗高

直接放大,功耗低

按用處分類可分為視覺相機和安防監控相機兩大類

機器視覺

安防監控

觸發採集模式

含有觸發採集介面

無觸發採集介面

解析度從高到低都有, 很豐富

一般較低

程式介面

有完善的程式開發庫, 尤其對影象捕捉功能支援很齊全**貴

很便宜資料傳輸介面

各種型別都有: usb, 千兆乙太網, cameralink, 1394

目前以模擬介面為主, 數字介面較少

按感光單元排列方法分為線陣掃瞄相機和面陣掃瞄相機

線陣相機

面陣相機

結構特點

結構簡單, 在同等解析度下的成本較低

結構複雜,在同等條件下成本高

應用場合

勻速運動的物體,如工業流水線

可以使靜止的, 也可以是運動的

解析度512, 2k, 4k/行

640x480, 800x600, 1024x768, ...2048x1536或者更高

光源光源只需要一窄條,這個畫面比較均勻, 能在低照度下工作

整個面的光源較難做到均勻,照度要求高

彩色相機形式

三線ccd,或者稜鏡分光

彩色濾光膜, bayer演算法

按彩色形成方式:

鏡頭外形

機器視覺常用定焦鏡頭,並且都是手動調整光圈,一般不允許自動調整光圈,鏡頭上有調焦和調光圈兩個環,

為了防止誤碰動

,工業鏡頭的兩個環都有鎖定螺絲。

注意調焦環不是用來調整焦距,而是調整像距,保證清晰影象落在焦平面上

常用鏡頭引數:焦距

焦距是鏡頭最常用的引數,我們包裝檢測系列產品中使用的鏡頭有

3.5mm,4mm,6mm,8mm,12mm

等多種規格

(1/3

」ccd

的標準鏡頭為

8mm)。

除雜系列產品一般都使用

28mm

的廣角鏡頭

(線掃瞄相機的標準鏡頭大概是

40mm左右)

。 焦距越小的鏡頭越不好做,**越高,邊緣變形等問題越大,所以盡量選用標準鏡頭,價效比最高

常用鏡頭引數:光圈

光圈是乙個用來控制光線透過鏡頭,進入機身內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

根據公式,光圈

f值愈小,在同一單位時間內的進光量便愈多 ,每級光圈一般以倍數遞增,例如

f8調整到

f5.6

,進光量多一倍

光圈越小,景深越大

增加景深的問題

在我們的產品裡,往往要求加大景深,例如除雜機裡,菸葉不完全在同乙個平面上,只有加大景深才能讓不同距離上的菸葉都清晰。

加大景深只有通過縮小光圈來實現,而縮小光圈同時會導致影象變暗,這就要求照明亮度要提高

常用鏡頭引數:解析度

鏡頭分辯率指的是在像平面處

1公釐內能分辨開的黑白相間的線條對數,單位是「線對

/ 公釐」。

條包檢測器上用

computar

mp0814-mp

鏡頭,是百萬象素級的鏡頭

,解析度為

100線對

/mm,這個解析度較高。其實除了視覺測量,其實我們的產品一般都不用這麼高的解析度

ccd的晶元的解析度越高,要求的鏡頭的解析度也越高

常用鏡頭引數: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準底片(底片2),兩張底片的取景相同,中心嚴格一致,先在底片1上確定一點到底片中心點的距離(距離1),然後在底片2上找到對應的該點,並度量該點到中心點的距離(距離2),然後:(距離1 - 距離2) / 距離2 *100%

所有的鏡頭都存在有變形的現象,可以用乙個網格線模板進行測試,一般情況下,越是焦距短的鏡頭,越是變形率大

變形率小於2%都是不錯的鏡頭。

c介面和cs介面

c介面:鏡頭基準面到焦平面(也就是ccd靶面)為17.526mm

cs介面:鏡頭基準面到焦平面(也就是ccd靶面)為12.5mm

注意:機械設計如何確定焦平面(也就是ccd靶面),一般就是從相機鏡頭介面往後量12.5mm或者17.526mm(根據相機介面型別定)

ccd成像基礎共式

ccd光路計算規律

在我們的計算中, 一般有如下規律

u >> f:

像距v近似等於焦距f:由於物距u>>焦距f,根據公司,所以物距基本等於焦距,事實上,調焦的過程就是將像距微調和焦距基本相差不遠

鏡頭中心點的確認:由於v近似等於f,所以,從ccd靶面向前焦距距離就是鏡頭中心點,這個點的缺點對於我們光路作圖意義很大

視場角和鏡頭中心點

視角 = 2 arctag(ccd靶面尺寸/2v)

由於v近似等於f, 所以視角近似等於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

視場角的進一步知識

視角與鏡頭、ccd尺寸均相關,

對於1/3寸ccd的視角

2.8mm

3.5mm

4mm4.8mm

6mm8mm

86.3度

67.4度

62度52.2度

42.3度

32.6度

標準鏡頭是指和人眼有效視角差不多的鏡頭(大約30度),1/3英吋ccd的標準鏡頭是8mm,1/2英吋ccd的標準鏡頭是12mm。

以前35mm膠卷的照相機標準鏡頭是50mm,除雜機用的線陣相機標準鏡頭大致為40mm,標準鏡頭比較容易製造,價效比也比較高。

光路作圖步驟1

查ccd手冊得到靶面尺寸和位置,並在cad圖上畫出靶面的位置

從靶面向前f(鏡頭的焦距,例如35mm)找到鏡頭中心點

連線即可得到ccd的視野範圍

如果視野不滿足要求,可通過更換不同焦距的鏡頭來達成目標

光路作圖步驟2

鏡子的兩端應該超出視場角線兩端一小段距離, 保證視野內全是反光鏡的成像

相機不能出現在視角範圍內, 否則會阻擋相機的視野

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和反光鏡封在同乙個密閉體內.

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