PDF《第3章工业镜头》

焦距越短,视场角就越宽. 3.1.8 视野(Field of View,FOV) 镜头将被测物体和它周围的环境,投影在相机的图像传感器平面上,在图像上形 成一个矩形的成像面,和成像面中的图像对应的物体平面被称作视野. 机器视觉应用基础

37 3.1.9 弥散圆 光轴平行的光线射入凸透镜时,理想的镜头应该是所有的光线聚集在一点后,再 以锥状的扩散开来,这个聚集所有光线的一点,就叫做焦点.在焦点前后,光线开始 聚集和扩散,点的影像变成模糊的,形成一个扩大的圆,这个圆就叫做弥散圆. 3.1.10 景深 (DOF) 镜头对着某个物体聚焦清晰时,都可以在胶片或者接收器上相当清晰的结像,在 这个平面沿着镜头轴线的前面和后面一定范围的点也可以结成较清晰的像点, 这前后 两个平面之间的距离叫景深.景深表示在垂直镜头光轴轴线的同一平面内的点,满足 图像清晰度要求的最远位置与最近位置的差值. 在现实当中,观赏拍摄的影像是以某种方式(比如投影、放大成照片等等)来观察 的,人的肉眼所感受到的影像与放大倍率、投影距离及观看距离有很大的关系,如果 弥散圆的直径小于人眼的鉴别能力, 在一定范围内实际影像产生的模糊是不能辨认的. 这个不能辨认的弥散圆就称为容许弥散圆.在焦点的前、后各有一个容许弥散圆. 以相机拍摄者为基准,从焦点到近处容许弥散圆的距离叫前景深,从焦点到远方 机器视觉应用基础

38 容许弥散圆的距离叫后景深. 景深的计算公式: 前景深ΔL1=FδL2/(f2+FδL) (1) 后景深ΔL2=FδL2/(f2-FδL) (2) 景深ΔL=ΔL1+ΔL2=(2f2FδL2)/(f4-F2δ2L2) 其中:δ――容许弥散圆直径,f ――镜头焦距,F――镜头的拍摄光圈值,L―― 对焦距离,ΔL1――前景深,ΔL2――后景深,ΔL――景深 从公式(1)和(2)可以看出,后景深>

前景深,且景深与镜头使用光圈、镜头焦距、 拍摄距离以及对像质的要求(表现为对容许弥散圆的大小)有关.这些主要因素对景深 的影响如下(假定其他的条件都不改变): ? 镜头光圈:光圈越大,景深越小;

光圈越小,景深越大;

? 镜头焦距:镜头焦距越长,景深越小;

焦距越短,景深越大;

? 拍摄距离:距离越远,景深越大;

距离越近,景深越小. 机器视觉应用基础

39 3.1.11 相对孔径 一般的镜头都是由多片镜片组合而成,的光线经过这些镜片到达成像面时,并不 是所有的光线都能通过,而是有一部分被阻挡了,就好像光线通过一个孔,孔越大, 通过的光线越多,在像平面上所成的像越亮,这个圆孔的直径就是有效孔径,有效孔 径和焦距的比值叫相对孔径. 3.1.12 光圈系数(F/#) 光圈系数是镜头的重要内部参数, 它就是镜头相对孔径的倒数, 光圈系数的标称 值数字越大,也就表示其实际光圈就越小.一般的厂家都会用 F 数来表示这一参数. 镜头的光圈排列顺序是:

1、1.

4、2.

0、2.

8、3.

5、4.

0、5.

6、8.

0、

11、

16、

22、32 等等,F/#的大小是通常通过改变光圈调整环的大小来设置的.随着数值的增大,其实 际光孔大小也就随之减小,而其在相同快门时间内的光通量也就随之减小. 光圈可以控制镜头的进光量,也就是光照度,还可以调节景深,以及确定分辨率 下系统成像的对比度,从而影响成像质量.一般采用 F 来表示光圈,通常情况下都将 光圈设置在镜头内部. 公式表示为:F/#=EFL/DEP 其中 EFL 为有效焦距,DEP 为有效入瞳直径,这公式广泛运用于无穷远工作距离 的情况. 在机器视觉中,由于工作距离有限,物体与透镜非常接近,此时 F/#更精确的表 示为: (F/#)w≈(1+ |m |)* F/# 例如:一个 F/2.8,放大率为-0.5 倍,25mm 镜头的(F/#)W 为F/4.2. 机器视觉应用基础