偏摩尔量的集合公式工业镜头视场 倍率 焦距之间的关系

2020年10月9日发(作者：蒯增)
工业镜头的视场、倍率、焦距之间的关系

一、焦距的计算方法
二、光学放大倍率的计算方法
三、视场的计算方法
四、视野表
光学放
大倍率
(宽度×长度×对角
线)
x0.1
x0.14
x0.16
x0.18
x0.2
x0.3
x0.4
x0.5
x0.6
x0.7
x0.75
x0.8
x0.9

x1
66x88x110
47x63x79
41x55x69
37x49x61
33x44x55
22x29x37
17x22x28
13x18x22
11x15x18
9x13x16
9x12x15
8x11x14
放大倍率
9
2.1
2.9
3.4
3.8
4.2
6.3
8.4
14
3.2
4.5
5.2
5.8
6.5
9.7
12.9
(宽度×长度×对角
线)
48x64x80
34x46x57
30x40x50
27x36x44
24x32x40
16x21x27
12x16x20
放大倍率
9
2.9
4.0
4.6
5.1
5.7
8.6
14
4.5
6.2
7.1
8.0
8.9
13.4
(宽度×长度×对角
线)
36x48x60
26x34x43
23x30x38
20x27x33
18x24x30
12x16x20
9x12x15
放大倍率
9
3.8
5.3
6.1
6.9
7.6
14
5.9
8.3
9.5
10.7
11.9
23显示器? 12显示器? 13显示器?
11.4 17.8
15.2 23.7
19.1 29.7
11.4 17.8
14.3 22.3

17.2 26.7
20.0 31.2

21.5 33.4

22.9 35.6

25.7 40.1

28.6 44.5

42.9 66.8

57.2 89.0

71.5
85.8
100
114
129
111

134

156

178

200

10.5 16.2

12.6 19.4

14.7 22.6

15.8 24.2

16.8 25.8

18.9 29.1

21.0 32.3

31.5 48.5

42.0 64.6

52.5 80.8

63.0 96.9

73.5
84.0
94.5
113

129

145

6x8x10 22.9 35.6
26.7 41.5
28.6 44.5
30.5 47.4
34.3 53.4
38.1 59.3
57.2 89.0
76.2
95.3
114
133
152
171
119
148
178
208
237
267

x1.5

x2

x2.5

x3

x3.5

x4

x4.5

x5
x6
x7
x8
x9





105
126
147
168
189
210
231
252
162

194

226

258

291

323

355

388

143
172
200
229
257
286
315
343
223

267

312

356

401

445

490

534

191
229
267
305
343
381
419
457
297
356
415
474
534
593
652
712
x10

x11

x12

五、机器视觉中工业镜头的计算方式

1、WD 物距 工作距离（Work Distance，
WD）。?
2、FOV 视场 视野（Field of View，
FOV）
3、DOV 景深（Depth of Field）。?
4、Ho:视野的高度
5、Hi:摄像机有效成像面的高度(Hi来
代表传感器像面的大小) 6、PMAG:镜头
的放大倍数?
7、f:镜头的焦距?
8、LE:镜头像平面的扩充距离
要了解 CCD 尺寸，首先必须先认识在工程师眼中 “1英寸”的定义是什么？
业界通用的规范就是 1英寸 CCD尺寸= 长 12.8mm × 宽 9.6mm = 对角线为 16mm 之对应面积。
透过“勾股定理”.可得出该三角之三边比例为
4：3：5；换句话说，我无须给你完整的面积参数，只要给你该三角形最长一边长度，你就可以透过 简单
的定理换算回来。而且面积对角线长度就是16除以那个分母。
有了固定单位的 CCD 尺寸就不难了解余下 CCD Size 比例定义了，例如:
1）12的对角线就是 1的一半为8mm，面积约为 14；
2）14的对角线就是 1的14，即为 4mm，面积约为116。

所以，得出这样的结论，就是12.5inch CCD感光面积<11.8inch。
六、相机和镜头选择技巧
1、相机的主要参数:
? 感光面积SS（Sensor Size）
2、镜头的主要参数:
焦距FL（Focal Length）
最小物距Dmin（minimum Focal
Distance）
3、其他参数:
视野FOV（Field of View）?
像素pixel ?
FOVmin=SS（DminFL）
如:SS=6.4mm，Dmin=8in，FL=12mm
pixel=640*480
则:FOVmin=6.4（812）=4.23mm
4.23640=0.007mm
如果精度要求为0.01mm，
1pixels=0.007mm<0.01mm
结论:可以达到设想的精度
七、工业相机传感器尺寸大小：
14″:(3.2mm×2.4mm)；????13″:(4.8mm×3.6mm)；
12″:(6.4mm×4.8mm)；????23″:(8.8mm×6.6mm)；
1″:(12.8mm×9.6mm)；
机器视觉工业镜头的相关专业术语详解
机器视觉系统中，镜头相当于人的眼睛，其主要作用是将目标的光学图像聚焦在图像传感
器（相机）的光 敏面阵上。视觉系统处理的所有图像信息均通过镜头得到，镜头的质量直接影
响到视觉系统的整体性能。 下面对机器视觉工业镜头的相关专业术语做以详解。
一、失真
可分为枕形失真和桶形失真，如下图示：


二、电视失真：
实际边长的歪曲形状与理想的形状的百分比算出的值。
三、光学倍率


四、监视放大

计算方法：

例：VS-MS1＋10x镜头 12” CCD 照相机, 14”监视器上的成像

0.1mm的物体在监视器得到的是44.45mm的成像
※有时根据TV监视器的扫描状态，以上的简易计算将有一些变化。
五、解析度
表示了所能见到了2点的间隔0.61x 使用波长(λ) NA=解析度(μ)
以上的计算方法理论上可以计算出解析度，但不包括失真。
※使用波长为550nm
六、解像力
１mm中间可以看到黑白线的条数。单位（lp）mm.
七、MTF（Modulation Transfer Function）
成像时再现物体表面的浓淡变化而使用的空间周波数和对比度。
八、工作距离（Working Distance）
镜头的镜筒到物体的距离
九、OI（Object to Imager）
物像间距离即物体到像间的长度。
十、成像圈
成像尺寸φ，要输入相机感应器尺寸。

十一、照相机 Mount
C-mount: 1
CS-mount: 1
F-mount: FB:46.5mm
M72-Mount: FB 厂家各有不同
十二、视野 (FOV)
视野指使用照相机以后看到的物体侧的范围
照相机有效区域的纵向长度（V）光学倍率（M）＝视野（V）
照相机有效区域的横向长度（H）光学倍率（M）＝视野（H）
＊技术资料上的视野范围是指由光源及有效区域的一般数值计算出来的值。
照相机有效区域的纵向长度（V）or（H）=照相机一个画素的尺寸×有効画素数（V）or（H）来计算。

十三、景深
景深是指成像后物体的距离。同样，照相机侧的范围称为焦点深度。具体的景深的值多少略有不同。
十四、焦距 (ｆ)
ｆ（Focal Length）光学系的后主点（H2）到焦点面的距离。
十五、FNO
镜头从无限远时，亮度表示的数值，值越小越亮。FNO=焦距入射孔径或有効口径=fD
十六、实效F
有限距离时镜头的明亮度。
实效F = (1 +光学倍率) x F#
实效F = 光学倍率 2NA
十七、NA（Numerical Aperture）
物体侧的 NA = sin u x n
成像侧的NA' = sin u'x n'?
如下图所示 入社角度 u, 物体侧折射率n, 成像侧的折射率' n'
NA = NA' x 放大率

十八、边缘亮度

相对照度是指中央的照度与周边的照度的百分比。
十九、远心镜头
主光线与镜头光源平行的镜头。有物体侧的远心，成像侧的远心，两侧的远心行头等方式。
二十、远心
Telecentricity是指物体的倍率误差。倍率误差越小，Telecentricity越高。
Telecentricity有各种不同的用途，在镜头使用前，把握Telecentrici ty很重要。远心镜头的主光
线与镜头的光轴平行，
Telecentricity不好 ，远心镜头的使用效果就不好；Telecentricity可以用下图进行简单的确认。


二十一、景深 (DOF)
景深（Depth of Field）可以用以下的计算式计算出来：
景深 = 2 x Permissible COC x 实效F 光学倍率2 = 允许误差值 (NA x 光学倍率)
(使用的是0.04mm的Permissible COC)



二十二、通风盘及解析度


Airy Disk 是指通过没有失真的镜头在将光集中一点时，实际上形成的是一个同心圆。这个同心圆就
叫做Airy Disk。Airy Disk的半径r可以通过以下的计算公式计算出来。这个值称为解析度。ｒ= 0.61
λNA Airy Disk的半径随波长改变而改变，波长越长，光越难集中于一点。 例：NA0.07的镜头 波长550nm
r=0.61*0.550.07=4.8μ
二十三、 MTF 及解析度
MTF（Modulation Transfer Function) 是指物体表面的浓淡变化，成像侧也被再现出来。表示镜头的成像性能，成像
再现 物体的对比度的程度。测试对比性能，用的是具有特定空间周波数的黑白间隔测试。空间周波数是指１mm的距离
浓淡变化的程度。
图1所示，黑白矩阵波，黑白的对比度为100%.这个对象被镜头摄 影后，成像的对比度的变化被定量化。基本上，
不管什么镜头，都会出现对比度降低的情况。最终对比度 降低至0%。，不能进行颜色的区别。


图2、3显示 了物体侧与成像侧的空间周波数的变化。横轴表示空间周波数，纵轴表示亮度。物体侧与成像侧的对
比度 由A、B计算出来。MTF由A,B的比率计算出来。
解析度与MTF的关系：解析度是指2点之 间怎样被分离认识的间隔。一般从解析度的值可以判断出镜头的好坏，
但是实际是MTF与解析度有很大 的关系。图4显示了两个不同镜头的MTF曲线。镜头a 解析度低但是具有高对比度。
镜头b对比度低但是解析度高。