图像处理用远心镜头

高精度测量最适合的光学系统

远心光学系统是指主光线平行光轴的光学设计。测量图像处理时,物体侧的远心性能是特别重要,适合测量有高度不均匀的对象。也能控制X,Y方向的畸变。使用同轴光源,测试镜面体的半导体晶片或平面金属的缺陷等,会得到稳定的正反射光。

非远心镜头

  • 小型
  • 使用少量镜片
  • 对象距离变上下,对象大小也会变化

双侧远心镜头

  • 物体侧,像侧的主光线平行镜头的光轴
  • 对象距离变动上下,对象大小不变
  • 镜头尺寸大,高成本

物体侧远心镜头

  • 只在物体侧主光线平行镜头光轴
  • 使用同轴光源时需要的系统
  • 对象距离变动上下,对象大小不变
  • 比双远心镜头能设计小型化

像侧远心镜头

  • 只在像侧的主光线平行镜头光轴
  • 对象距离变动上下,对象大小会变化
  • 为朴正色差,录像用相机配的镜头推荐用这类型

普通镜头

远心镜头

用普通镜头看有高度的对象,会看到侧面而本来一样尺寸的对象高度变化了看起来大小也会变化。
使用远心镜头,会看到正常尺寸,也看不到侧面。

怎么计算光学倍率

我们公司阵容许多有限距离设计的镜头。选型镜头的一个重点是光学倍率。 光学倍率是芯片尺寸除以视野来算出。

图像传感器

面阵

尺寸(英寸) 1/3 1/2.5 1/2 1/1.8 2/3 (5MP) 1(5MP) 1(20MP) 1.1(12MP) 1.1(25MP) 4/3
垂直线(mm) 3.6 4.27 4.8 5.35 7.1 10.2 8.81 10.35 12.8 13
水平线(mm) 4.8 5.7 6.4 7.14 8.47 12.8 13.19 14.13 12.8 17.3
对角线(mm) 6 7.12 8 8.93 11 16.4 15.86 17.5 18.1 23.5

大面阵

分辨率(MP) 19.6MP 20MP 25MP 31MP 51MP 61MP 65MP 71MP 101MP 120MP 151MP
分辨率(H*V) 4416 x 4428 5120 x 3840 5120 x 5120 6464 x 4852 8424 x 6032 9588 x 6380 9344 x 7000 10000 x 7096 11648 x 8742 13264 x 9176 14192 x 10640
像素尺寸(μm) 3.45 6.4 4.5 3.45 4.6 3.76 3.2 3.1 3.76 2.2 3.76
垂直线(mm) 15.24 24.6 23.04 22.3 38.75 35.98 29.9 31 43.8 29.18 53.36
水平线(mm) 15.28 32.8 23.04 16.74 27.75 23.99 22.4 22 32.87 20.19 40.01
对角线(mm) 21.6 41 32.6 27.9 47.7 43.2 37.4 38 54.8 35.5 66.7

工业用的面阵与大面真传感器的例如。为对应多种用途,未来也会出不同尺寸和分辨率的传感器。

线扫描传感器

传感器尺寸(mm) 10.24 14.34 20.48 28.67 28.67 35 36 57.34 57.34 61.44 81.92
像素尺寸(μm) 10 14 10 14 7 4.7 7 7 3.5 5 5
分辨率(pixel) 1024 1024 2048 2048 4096 7450 5150 8192 16384 12288 16384

线扫传感器尺寸是像素尺寸*分辨率。传感器尺寸越大,对应的镜头也越大。导入生产线的难度也会高。

光学倍率公式

视野(FOV)

视野指通过镜头相机摄像的实在范围。
例如)光学倍率0.5倍,传感器尺寸1/2英寸(对角尺寸8mm)

垂直视野=4.8÷0.5=9.6mm 水平视野=6.4÷0.5=12.8mm

倍率

光学倍率 (M) = 传感器尺寸/视野

电子倍率和显示器倍率

电子倍率

电子倍率指用传感器摄像的对象在显示器上看到的倍率。

显示器倍率

显示器倍率指通过镜头在显示器看到的倍率。
例如)光学倍率0.5倍,传感器尺寸1/2英寸(对角8mm),显示器尺寸15英寸(1英寸25.4mm)

电子倍率 15 x 25.4÷8=47.6x 显示器倍率 0.5 x 47.65=23.8x

怎么计算摄像范围和焦距

摄像范围公式

例如:
对象距离100m,焦距50mm,2/3英寸传感器

焦距公式

例如:
对象距离20m,对象高度2m,2/3英寸传感器

成像公式

基本公式 水平倍率 物点距离 像点距离

F值/NA(数值孔径)的公式

物侧NA和像侧NA(NA’)的关系 F值和有效F值(Fe)的关系 NA和有效F值的关系