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想到焦平面很多人不由自主就想到不就是焦点所在的垂直于光轴的平面吗其实其背后隐藏这更多的东西。
1焦点不止一个 对于一般拍摄场景来说光通过一个凸透镜汇聚不到一个点越靠近中轴线的光束聚焦得越远越靠近透镜边缘的光聚焦得越近这是光学误差的一种叫球差如下图所示。只在理想情况下光从无限远汇聚到凸透镜才会汇聚一点。 第一焦平面过第一焦点且垂直于系统主光轴的平面称第一焦平面又称前焦面或物方焦面一般为边缘光束汇聚的焦点 第二焦平面过第二焦点且垂直于系统主光轴的平面称第二焦平面又称后焦面或象方焦面平面一般为接近凸透镜中心部分的光汇集的焦点。 工业相机镜头是由多片薄的凸透镜组成其焦距是镜头的中心点到胶平面胶片或CCD上所形成的清晰影像之间的距离也就是下文的像距。 工业相机镜头焦距常规的有6mm, 8mm, 12mm,16mm,25mm ,35mm , 50mm,75mm。其选型公式为 焦距f工作距离WD*CCD靶面型号尺寸V或者H/视场大小或者物体高度FOV 所以在WD和CCD尺寸确定的情况下焦距数值小视角大所观察的范围也大焦距数值大视角小观察范围小。 2焦平面或者是焦距和什么相关 根据公式 1/u(物距)1/v像距1/f透镜焦距 此公式不太适用于工业相机成像只适用于理想情况单凸透镜成像所以要区分相机的焦距与单片凸透镜的焦距工业相机焦距等于像距都在感光区1/物距基本忽略不计。 3对焦和变焦 对焦通常指调整镜片组和底片传感器平面之间的距离从而使被摄物在CCD/CMOS上成的像清晰。 变焦就是改变镜头的焦距准确说是像距以改变拍摄的视角也就是通常所说的把被摄体拉近或推远。例如18-55mm和70-200mm镜头就是典型的变焦镜头。焦距越长视角越窄。
二、像平面
像平面是指成像平面可以理解为用胶片相机拍摄那个胶卷就是像平面,要是用数码相机拍摄那么像平面就是CCD等感光元件。所以对于我们来说像平面是已经固定的根据上文像距与焦距相同。
三、弥散圆
物点成像时由于像差其成像光束不能会聚于一点上面解释了所以会在像平面/CCD上形成一个扩散的圆形投影成为弥散圆。当使点光源经过镜头在像平面成像如果此时保持镜头与像平面距离不变沿光轴方向前后移动点光源则像平面上成的像就会成为有一定直径的圆形就叫弥散圆。 弥散圆大小取决于镜头孔径光圈和点光源偏离程度物距。 通常情况下肉眼分辨率为二千分之一至五千分之一。人眼在明视距离眼睛正前方30厘米能够分辨的最小的物体大约为0.125mm。所以弥散圆放大在7寸照片这是个常用尺寸也只能是0.125mm以内也就是图像对角线长度的1/1730左右所以拍摄的图片上看不到弥散圆。
四、光圈
光圈是一个用来控制光线通进入镜头的装置它通常是在镜头内对于已经制造好的镜头我们不可以随意的改变镜头的镜头但是可以通过在镜头内部加入多边形或者圆形并且面积可变的孔径光栅来达到控制镜头通光量。 这点一般对于工业相机来讲不适用因为工业相机光圈已经是固定好的一般不支持增加但可以手动调整。 光圈Aperture在工业相机镜头中是由几片极薄的金属片组成中间能通过光线。通过改变孔的大小来控制进入工业镜头的光线量。光圈开得越大通过工业镜头进入的光量也就越多。光圈的值通常用f来表示。
五、景深Depth of FieldDOF
景深是指在物体前后一定距离内其影像仍然清晰的范围。景深随镜头的光圈值、焦距、拍摄距离而变化光圈越大景深越小光圈越小景深越大。焦距越长景深越小焦距越短景深越大。距离拍摄物体越近时景深越小拍摄距离越远景深越大。
六、分辨率
相机每次采集图像的像素点数Pixels对于工业数字相机一般是直接与光电传感器的像元数对应的。目前工业数字相机像元尺寸一般为3μm-10μm一般像元尺寸越小制造难度越大图像质量也越不容易提高。分辨率影响采集图像的质量在对同样大的视场景物范围成像时分辨率越高对细节的展示越明显。 像素深度每位像素数据的位数常见的是8bit10bit12bit。分辨率和像素深度共同决定了图像的大小。例如对于像素深度为8bit的500万像素则整张图片应该有500万*8/1024/102437M。
七、接口
相机与镜头的连接方式包括C、CS、F、V、T2、Leica、M42x1 M75x0.75。接口类型的不同和镜头性能及质量并无直接关系只是接口方式的不同一般可以也找到各种常用接口之间的转接口。 C接口和CS接口是工业摄像头最常见的国际标准接口为1英寸32UN英制螺纹连接口C型接口和CS型接口的螺纹连接是一样的区别在于C型接口的后截距为17.5mmCS型接口的后截距为12.5mm。所以CS型接口的摄像头可以和C口及CS口的镜头连接使用只是使用C口镜头时需要加一个5mm的接圈C型接口的摄像头不能用CS口的镜头。 F接口镜头是尼康镜头的接口标准所以又称尼康口也是工业摄像头中常用的类型一般摄像头靶面大于1英寸时需用F口的镜头。 V接口镜头是著名的专业镜头品牌施奈德镜头所主要使用的标准一般也用于摄像头靶面较大或特殊用途的镜头。 在光学系统中最后一个光学镜片表面的顶点到像面的距离称为后截距。
八、靶面尺寸
图像传感器的感光部分的大小。 常见的靶面有1/4’’、1/3’’、1/2’’、2/3’’、1’等几种。 尺寸明细可见下方链接非常细。 靶面尺寸和镜头焦距配套对应的视场角
镜头
具体镜头概念可见 镜头基础知识 共轭镜头 这个概念听上去复杂其实很简单分为两种有限共轭镜头和无穷共轭镜头。有限共轭镜头像点对应的物点只能在有限的距离内工业微距镜头大多是有限共轭镜头。 无穷共轭镜头是指像点对应的物点在无穷远处可以理解为很远处。手机摄像头、普通镜头都是无穷共轭镜头。
蓝光和红光的区别
蓝光由于波长更短衍射效应更弱因此刻画细节的能力更强拍摄微小的物体蓝光是首选。黑白CCD对红光更敏感但其实这优势并不大或许在需要尽量减轻环境光干扰的时候有一点作用。红色光源通常要比蓝色光源便宜。
曝光和增益
曝光(Exposure)是图像传感器进行感光的过程在曝光过程中,CCD/CMOS收集光子并转换成电荷;曝光结束后,CCD/CMOS通过一定的方式将电荷移出。从光曝光对照片质量的影响很大,如果曝光过度,则照片过亮,失去图像细节;如果曝光不足,则照片过暗,同样会失去图像细节。控制曝光就是控制总的光通量,也就是曝光过程中到达CCD/CMOS表面的光子的总和。 增益是指经过双采样之后的模拟信号的放大增益量通常增益值越高相机感应光的能力越强相应的噪点也越多画质也越差。 曝光和增益是直接控制传感器(CCD/CMOS)上读出来的数据是要优先调节的以调节曝光时间为主。在不过曝的前提下增加曝光时间可以增加信噪比使图像清晰。
