轻松学会镜头选型
二维码
分享链接
复制链接
机器视觉系统的性能越来越受到开发工程师的关注,镜头作为系统关键光学器件,其品质好坏直接影响成像质量,对于定位、缺陷检测等应用,起到决定性作用。镜头包含许多性能参数,如:焦距、光圈、畸变、相对照度、靶面等,这些参数直接决定了光学系统成像质量。那么,如何把实际的应用需求转化为镜头的光学性能参数呢?在接下来的内容中会对重要参数进行详细说明。
了解成像系统(镜头和相机)的视场、工作距离、分辨率、传感器尺寸、光学倍率等基本参数,可以为镜头的简单选型提供依据。
视场(FOV):在图像传感器上可以观察到的被检测物体的可视区域。
工作距离(WD):被检测物体到镜头前端机械面的距离。
分辨率:能够通过成像系统分辨的物体的最小特征尺寸。
传感器尺寸:图像传感器有效区域的尺寸,该参数直接决定着相机能够观察到的视野范围。
光学倍率:传感器尺寸与被测物体视场的比值。
图1-1 成像系统基本参数
机器视觉的镜头一般由若干个具有一定厚度的透镜组成,如图1-2。但是在大多数情况下,可以将整个镜头等效为一片薄透镜来进行参数计算,来作为选型镜头的依据。
图1-2 镜头的光路结构
对于简单的薄凸透头,焦距可以定义为镜头对无限远目标成像时,镜头到图像平面的距离。固定焦距镜头是机器视觉系统中最常用的一种镜头,该类镜头具有固定的视场角(AFOV,通常是指传感器水平尺寸对应的视场角),如图1-3所示。
图1-3 镜头的焦距和视场角
成像系统的视场角AFOV、镜头的焦距_f_(单位:mm)和传感器的水平尺寸(单位:mm)之间满足如公式1-1所示的关系。
1-1
根据公式可以看出,要想获得较大的视场,可以采用以下三种方法。第一种,直接将被测物体远离镜头来增大工作距离,成像系统的视场也会随之增大;第二种,使用焦距更短的镜头,通过增大视场角来增大视场;第三种,选用尺寸更大的图像传感器。
在许多工作场景下,能够允许的工作距离和所需的视场都是已知的。可以认为镜头在物方空间对被测物体的张角与在像方空间对传感器的张角(如图1-4所示)是相等的。通过公式1-2来确认镜头的视场角,WD为被观测物体到镜头前端的距离,AFOV为镜头的水平视场角。
图1-4镜头成像视场角示意图
如果图像传感器的尺寸已经选定,可以进一步通过公式1-3和1-4确定所需镜头的焦距和成像系统的光学放大倍率。
1-3
1-4
在镜头选型时,不仅要考虑在水平方向上是否满足需求,还要考虑在竖直方向上视野是否满足需求,其计算方法与水平方向计算相同。需要注意的是,公式1-1到公式1-4都是一种近似值计算,可以作为镜头选型时的参考。但是对于大于0.1的放大倍率和较近的工作距离,上述公式计算的准确度会迅速下降。更准确的镜头选型可以通过镜头供应商的规格表或者使用光学软件(如ZEMAX)仿真来确认,也可以使用固定放大倍率的镜头(如远心镜头)来满足指定放大倍率的应用需求。
镜头的靶面尺寸也应与传感器尺寸相适配。当镜头的靶面尺寸小于传感器尺寸时,会产生传感器的边缘解像不良和边缘相对照度过低的问题;当镜头的设计像高尺寸远大于传感器尺寸时,会导致镜头性能的浪费。表2-1是常用传感器的尺寸。
表2-1 常用传感器的尺寸
传感器类型
对角线长度(mm)
传感器宽度(mm)
传感器高度(mm)
1/3”
6.000
4.800
3.600
1/2.5”
7.182
5.760
4.290
1/2”
8.000
6.400
4.800
1/1.8”
8.933
7.176
5.319
2/3”
11.000
8.800
6.600
1”
16.000
12.800
9.600
4/3”
22.500
18.800
13.500
全画幅-35mm
43.300
36.000
24.000
注:影像参数中1”=16mm
待测物体大小16.0mm ×13.8mm,检测物距要求≤160mm,特征尺寸0.02mm×0.02mm,客户端算法要求被测特征需要在成像中占用2个像素以上,以便检出效率;
(1) 相机分辨率
为保证系统稳定性,特征尺寸按照3个像素评估,相机分辨率需要2400×2070
(2) FA镜头选型
根据水平视野和探测器水平尺寸计算系统放大倍率需求为
根据垂直视野和探测器垂直尺寸计算系统放大倍率需求为
为了使系统能够在水平方向和垂直方向都能够获得足够的视野,将系统的放大倍率定为
由于系统的放大倍率较大(相较于0.1×),使用1.4节选型方法有较大的误差,直接使用高斯公式计算焦距。将工作距离定为150mm, 物距_l_近似为工作距离
联立公式4-1和公式4-2,可以计算所需镜头焦距需求为
将镜头焦距定为标准焦距50mm,又考虑到相机靶面为2/3”(镜头支持靶面应大于或者等于相机靶面),可以选用型号为MVL-MF5028M-8MP。
MVL-MF5028M-8MP在无延长环状态下,最近工作距离为400mm,为了使该款镜头能够在150mm工作距离下工作,需要加一定长度的延长环。延长环长度计算方法在本章第二小节中有详细介绍。计算得出,当MVL-MF5028M-8MP加上20mm的延长环后,镜头可以在150mm工作距离下工作。
注意:上述方案的前提是镜头的极限分辨率要小于3.45μm,才能成立。
(3)远心镜头选型
根据传感器尺寸2/3”,放大倍率需求为0.51×,工作距离小于160mm。可选择使用远心镜头MVL-MBT-0.5-65,该款镜头工作距离为65mm,固定放大倍率为0.5×,像方分辨率为160lp/mm,镜头极限分辨率为1000/(2*160)=3.125μm,可支持MV-CA050-10GM的使用。
(4)其他因素
选型镜头时,除了要考虑系统的工作距离、放大倍率和镜头的焦距等因素,还要综合考虑其他因素,如
版权声明:本文为V社区用户原创内容,转载时必须标注文章的来源(V社区),文章链接、文章作者等基本信息,否则作者和本社区有权追究责任。如果您发现本社区中有涉嫌抄袭的内容,欢迎发送邮件至:v-club@hikrobotics.com 进行举报,并提供相关证据,一经查实,本社区将立刻删除涉嫌侵权内容。
点赞 17
收藏 29
上一篇
[
相机密钥功能 为您的软件算法保驾护航
](https://www.v-club.com/home/article/1186)
下一篇
[
机器视觉运动类线缆应用指南
](https://www.v-club.com/home/article/1188)
发表下你的想法吧~
添加表情 发表
评论请先登录 登录
全部评论 2
就喜欢这种简单易懂的
2022-06-07 17:30:46 未知地区
回复
0
V版主_Sherry 回复 东 :
感谢您的支持,我们还会分享更多内容,要持续关注哦!
2022-06-13 14:28:12 未知地区
回复
0
操作频繁,请输入验证码校验
操作频繁,请输入验证码校验
请问哪里有延长环长度计算方法
2022-06-05 22:13:07 未知地区
回复
0
请见文章详解:https://www.v-club.com/home/article/1434,希望能对你有所帮助
2022-06-08 10:41:02 未知地区
回复
0
操作频繁,请输入验证码校验
操作频繁,请输入验证码校验
原网址: 访问
创建于: 2024-04-12 14:40:26
目录: default
标签: 无
未标明原创文章均为采集,版权归作者所有,转载无需和我联系,请注明原出处,南摩阿彌陀佛,知识,不只知道,要得到
java windows火焰图_mob64ca12ec8020的技术博客_51CTO博客 - 在windows下不可行,不知道作者是怎样搞的 监听SpringBoot 服务启动成功事件并打印信息_监听springboot启动完毕-CSDN博客 SpringBoot中就绪探针和存活探针_management.endpoint.health.probes.enabled-CSDN博客 u2u转换板 - 嘉立创EDA开源硬件平台 Spring Boot 项目的轻量级 HTTP 客户端 retrofit 框架,快来试试它!_Java精选-CSDN博客 手把手教你打造一套最牛的知识笔记管理系统! - 知乎 - 想法有重合-理论可参考 安宇雨 闲鱼 机械键盘 客制化 开贴记录 文本 linux 使用find命令查找包含某字符串的文件_beijihukk的博客-CSDN博客_find 查找字符串 ---- mac 也适用 安宇雨 打字音 记录集合 B站 bilibili 自行搭建 开坑 真正的客制化 安宇雨 黑苹果开坑 查找工具包maven pom 引用地 工具网站 Dantelis 介绍的玩轴入坑攻略 --- 关于轴的一些说法 --- 非官方 ---- 心得而已 --- 长期开坑更新 [本人问题][新开坑位]关于自动化测试的工具与平台应用 机械键盘 开团 网站记录 -- 能做一个收集的程序就好了 不过现在没时间 -- 信息大多是在群里发的 - 你要让垃圾佬 都去一个地方看难度也是很大的 精神支柱 [超级前台]sprinbboot maven superdesk-app 记录 [信息有用] [环境准备] [基本完成] [sebp/elk] 给已创建的Docker容器增加新的端口映射 - qq_30599553的博客 - CSDN博客 [正在研究] Elasticsearch, Logstash, Kibana (ELK) Docker image documentation elasticsearch centos 安装记录 及 启动手记 正式服务器 39 elasticsearch 问题合集 不断更新 6.1.1 | 6.5.1 两个版本 博客程序 - 测试 - bug记录 等等问题 laravel的启动过程解析 - lpfuture - 博客园 OAuth2 Server PHP 用 Laravel 搭建带 OAuth2 验证的 RESTful 服务 | Laravel China 社区 - 高品质的 Laravel 和 PHP 开发者社区 利用Laravel 搭建oauth2 API接口 附 Unauthenticated 解决办法 - 煮茶的博客 - SegmentFault 思否 使用 OAuth2-Server-php 搭建 OAuth2 Server - 午时的海 - 博客园 基于PHP构建OAuth 2.0 服务端 认证平台 - Endv - 博客园 Laravel 的 Artisan 命令行工具 Laravel 的文件系统和云存储功能集成 浅谈Chromium中的设计模式--终--Observer模式 浅谈Chromium中的设计模式--二--pre/post和Delegate模式 浅谈Chromium中的设计模式--一--Chromium中模块分层和进程模型 DeepMind 4 Hacking Yourself README.md update 20211011
Laravel China 简书 知乎 博客园 CSDN博客 开源中国 Go Further Ryan是菜鸟 | LNMP技术栈笔记 云栖社区-阿里云 Netflix技术博客 Techie Delight Linkedin技术博客 Dropbox技术博客 Facebook技术博客 淘宝中间件团队 美团技术博客 360技术博客 古巷博客 - 一个专注于分享的不正常博客 软件测试知识传播 - 测试窝 有赞技术团队 阮一峰 语雀 静觅丨崔庆才的个人博客 软件测试从业者综合能力提升 - isTester IBM Java 开发 使用开放 Java 生态系统开发现代应用程序 pengdai 一个强大的博主 HTML5资源教程 | 分享HTML5开发资源和开发教程 蘑菇博客 - 专注于技术分享的博客平台 个人博客-leapMie 流星007 CSDN博客 - 舍其小伙伴 稀土掘金 Go 技术论坛 | Golang / Go 语言中国知识社区
最新评论