CCD以及镜头入门知识.ppt

厦门力和行光电技术有限公司 工业相机与镜头 镜头基本知识 2 3 光路计算 工业数字相机基本知识 1 感光器件类型 工业数字相机基本知识 分为两大类 CCD器件和CMOS器件 按用途分类 工业数字相机基本知识 分为机器视觉相机和安防监控相机两大类 按感光单元排列方法 工业数字相机基本知识 分为线阵扫描相机和面阵扫描相机 彩色形成方式 工业数字相机基本知识 彩色覆膜 bayer算法 棱镜分光方法 KEYENCE的CCD CCD 是ChargeCoupleDevice的缩写 是由像素构成 像素是指数字图像的最小单位 是一个可以检测光强度的传感器 光电二极管 其工作原理是光到达CCD某个像素时 根据光的强度产生相应的电荷 将该电荷的大小读取为电信号 即可获得各像素上光的强度 浓度值 分辨率 即像素密度 500万像素的CCD 分辨率为2432 2050 像素越多 图像的密度越大 对细节的表现就越强 CCD的型号 CCD的型号 CCD的选型 1检测精度检测精度 mm pixel Y方向的视野 CCD在Y方向上的像素数执行缺陷检测和尺寸检测时的最小可检测物体尺寸为4个像素的正方形 尺寸容差为 5个像素 2色彩选择色调变化时选择彩色 亮度变化可选黑白3根据传输时间选择高速型或标准型4根据CCD尺寸选择超小型或标准型 镜头外形 镜头基本知识 机器视觉常用定焦镜头 并且都是手动调整光圈 一般不允许自动调整光圈 镜头上有调焦和调光圈两个环 为了防止误碰动 工业镜头的两个环都有锁定螺丝 注意调焦环不是用来调整焦距 而是调整像距 保证清晰图像落在焦平面上 常用镜头参数 焦距 镜头基本知识 镜头焦距是指镜头光学后主点到焦点的距离 镜头焦距的长短决定着拍摄的成像大小 视场角大小 景深大小和画面的透视强弱 当对同一距离远的同一个被摄目标拍摄时 镜头焦距长的所成的像大 镜头距短的所成的像小 根据用途 相见的工业镜头焦距有 5mm 8mm 12mm 25mm 35mm 50mm 75mm等 焦距越小的镜头越不好做 价格越高 边缘变形等问题越大 所以尽量选用标准镜头 性价比最高 常用镜头参数 光圈 镜头基本知识 光圈是一个用来控制光线透过镜头 进入机身内感光面的光量的装置光圈f值 镜头的焦距 镜头口径的直径根据公式 光圈f值愈小 在这同一单位时间内的进光量便愈多 每级光圈一般以倍数递增 例如f8调整到f5 6 进光量多一倍 常用镜头参数 景深 镜头基本知识 镜头景深是指镜头对焦前后所能成像的清晰范围 当镜头聚集于被摄影物的某一点时 这一点上的物体就能在CCD上清晰地成像 在这一点前后一定范围内的景物也能记录得较为清晰 这就是说 镜头拍摄景物的清晰范围是有一定限度的 这种聚焦成像面前后能记录得 较为清晰 的被摄影物纵深的范围便为景深 景深与对焦之间的关系 焦距 光圈和景深的关系 可以归纳如下 1 镜头光圈 光圈越大 景深越小 光圈越小 景深越大 2 镜头焦距镜头焦距越长 景深越小 焦距越短 景深越大 3 拍摄距离距离越远 景深越大 距离越近 景深越小 光圈越小 景深越大 镜头基本知识 增加景深的问题 镜头基本知识 1小光圈2小焦距3大距离 WD 4高照明 常用镜头参数 分辨率 镜头基本知识 镜头分辩率指的是在像平面处1毫米内能分辨开的黑白相间的线条对数 单位是 线对 毫米 条包检测器上用computarMP0814 MP镜头 是百万象素级的镜头 分辨率为100线对 mm 这个分辨率较高 其实除了视觉测量 其实我们的产品一般都不用这么高的分辨率CCD的芯片的分辨率越高 要求的镜头的分辨率也越高 常用镜头参数 变形率 镜头基本知识 所有的镜头都存在有变形的现象 可以用一个网格线模板进行测试 一般情况下越是焦距短的镜头 越是变形率大 变形率小于2 都是不错的镜头 变形率定义 两张底片比较 一张是该镜头拍的底片 底片1 另一张是无变形的标准底片 底片2 两张底片取景相同 中心点严格一致 先在底片1上确定一点到底片中心点的距离 距离1 然后在底片2上找到对应的该点并量度该点到中心点的距离 距离2 然后 距离1 距离2 距离2 100 C接口和CS接口 镜头基本知识 C接口 镜头基准面到焦平面 也就是CCD靶面 17 526mmCS接口 镜头基准面到焦平面 也就是CCD靶面 12 5mm注意 机械设计如何确定焦平面 也就是CCD靶面 一般就是从相机镜头接口往后量12 5或者17 526mm 根据相机接口类型定 如果CS相机接口安装C接口镜头 必须加装5mm厚的接圈 常用镜头参数 放大倍率 镜头基本知识 指物体通过透镜在焦平面的成像大小与物体实际大小的比值 在相机镜头中 一般会标称 最大放大倍率 指该镜头在 1 最大焦距 定焦头焦距恒定 2 清晰成像的最近拍摄距离 两个条件下的放大倍率值 这时的放大倍率值是这个镜头放大倍率的最大值 大多数镜头的放大倍数是小于1的 也就是说大多镜头的成像其实是缩小的 常用镜头参数 光学放大倍率 镜头基本知识 用于计算主要缩放比例的公式如下 PMAG 感光芯片尺寸 mm 视场 mm 常用镜头参数 显示放大倍率 镜头基本知识 显示放大倍率在显微中应用非常广泛 被测物体的显示放大倍率取决于三个因素 镜头光学倍率 工业相机感光芯片的尺寸 靶面大小 显示器尺寸 显示放大倍率 镜头光学倍率 显示器尺寸 25 4 耙面对角线尺寸 镜头的选择要点 镜头基本知识 1 视野范围 光学放大倍数及期望的工作距离 在选择镜头时 我们会选择比被测物体视野稍大一点的镜头 以有利于运动控制 2 景深要求 对于对景深有要求的项目 尽可能使用小的光圈 在选择放大倍率的镜头时 在项目许可下尽可能选用低倍率镜头 如果项目要求比较苛刻时 倾向选择高景深的尖端镜头 3 芯片大小和相机接口 例如2 3 镜头支持最大的工业相机耙面为2 3 它是不能支持1英寸以上的工业相机 4 注意与光源的配合 选配合适的镜头 5 可安装空间 在方案可选择情况下 让客户更改设备尺寸是不现实的 CCD成像基础公式 光路计算 1 u 1 v 1 f u 物距v 像距f 焦距 CCD靶面 镜头中心点 目标物体 v u 视角 CCD光路计算规律 光路计算 在我们的计算中 一般有如下规律u f 物距一般远大于焦距 例如除杂机镜头焦距28mm 物距在一米左右v f 由于u f根据公式所以像距基本等于焦距 事实上调焦的过程就是将像距微调 和焦距基本相差不远镜头中心点的确认 由于v f 所以从CCD靶面向前焦距距离就是镜头中心点 这个点的确定对我们光路作图意义很大 视角和镜头中心点 光路计算 CCD靶面 镜头中心点 v 视角 视角 2arctag CCD靶面尺寸 2v 由于v f 所以视角 2arctag CCD靶面尺寸 2f 镜头中心点的位置大致就在靶面向前f的距离上 视场范围 u 视角和镜头以及CCD尺寸均相关1 3 CCD视角标准镜头是指和人眼有效视角差不多的镜头 大约30 1 3 CCD的标准镜头是8mm 1 2 CCD的标准镜头是12mm 以前35mm胶卷的照相机标准镜头是50mm 除杂机用的线阵相机标准镜头大致为40mm 标准镜头比较容易制造 性价比较高 视角的进一步知识 光路计算 光路作图步骤一 光路计算 CCD靶面 镜头中心点 f 1 查CCD手册得到靶面尺寸和位置 并在CAD图上画出靶面的位置2 从靶面向前f 镜头的焦距 例如35mm 找到镜头中心点3 连线即可得到CCD的视野范围4 如果视野不满足要求 可通过更换不同焦距的镜头来达成目标 光路作图步骤二 光路计算 1 如果视频柜空间不够 可以采用反光镜来调整相机实际位置 作图