CCD以及镜头入门知识课件

镜头基本知识23光路计算工业数字相机基本知识1镜头基本知识23光路计算工业数字相机基本知识11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CCDCMOS设计单一感光器,集中统一放大每个感光器连接放大器灵敏度同样面积下高,感光开口小灵敏度低成本线路品质影响程度高，成本高CMOS整合集成，成本低解析度连接复杂度低，解析度高新技术解析度高噪点比单一放大，噪点低放大器多,特性不同，噪点高功耗比需外加电压，功耗高直接放大，功耗低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CM2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机器视觉安防监控触发采集模式含有触发采集接口无触发采集接口分辨率从高到低都有，很丰富一般较低程序接口有完善的程序开发库，尤其对图像捕捉功能支持很齐全一般只有连续视频捕捉功能价格贵很便宜数据传输接口各种类型都有，USB，千兆以太网，CameraLink，1394等等目前以模拟接口为主，数字接口较少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3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线阵相机面阵相机结构特点结构简单，在同等分辨率下成本较低结构复杂，在同等分辨率下成本较高应用场合匀速运动的的物体，例如工业流水线,可以是静止，也可以运动，分辨率512/行,2k/行，4K/行640×480，800×600，1024×768……2048×1536或者更高光源光源只需要一窄条，整个画面比较均匀，能在低照度下工作整个面的光源较难做到均匀，照度要求高，彩色相机形式三线CCD，或者棱镜分光彩色滤光膜，bayer算法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4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5KEYENCE的CCDCCD: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。KEYENCE的CCDCCD:是ChargeCouple6CCD的型号种类31万100万分辨率512*480，640*480100*100单元大小7.4um*7.4um型号CV-H035CCV-035CCV-S035CCV-H100CCV-H035MCV-035MCV-S035MCV-H100M逐行扫描4.7ms16.0ms20.5ms传输频率40MHz*2ch40MHz*2ch传输方式数字序列传输Y方式尺寸3.6mm7.4mmCCD的型号种类31万100万分辨率512*480，640*7CCD的型号种类200万500万分辨率1600*12002432*2050单元大小4.4um*4.4um3.45um*3.45um型号CV-H200CCV-200CCV-S200CCV-H500CCV-H200MCV-200MCV-S200MCV-H500M逐行扫描29.2ms58.5ms61.2ms传输频率41MHz*2ch40MHz65MHz*2ch传输方式数字串行传输数字序列传输数字串行传输Y方式尺寸5.3mm7.1mmCCD的型号种类200万500万分辨率1600*1200248CCD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CCD的选型

1检测精度9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10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：焦距镜头基本知识镜头焦距是指镜头光学后主点到焦11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：光圈镜头基本知识光圈是一个用来控制光线透过镜头12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。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13景深与对焦之间的关系景深与对焦之间的关系14CCD以及镜头入门知识课件15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。焦距，光圈和景深的关系可以归纳如下：16光圈越小，景深越大镜头基本知识光圈越小，景深越大镜头基本知识17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高照明增加景深的问题镜头基本知识1小光圈18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：分辨率镜头基本知识镜头分辩率指的是在像平面处119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%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20C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21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：放大倍率镜头基本知识指物体通过透镜在焦平面的成22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：光学放大倍率镜头基本知识用于计算主要缩放比例的23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24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。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25CCD成像基础公式光路计算1/u+1/v=1/fu:物距v:像距f:焦距CCD靶面镜头中心点目标物体vu视角CCD成像基础公式光路计算1/u+1/v=1/fu:26CCD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27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视角和镜头中心点光路计算CCD靶面镜头中心点v视角视角＝2a28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2.8mm3.5mm4mm4.8mm6mm8mm86.3°67.4°62°52.2°42.3°32.6°视角和镜头以及CCD尺寸均相关视角的进一步知识光路计算2.829光路作图步骤一光路计算CCD靶面镜头中心点f1、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一光路计算CCD靶面镜头中心点f1、查CCD手册30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,作图时以反光镜为中轴做镜像映射即可2、镜子的两端应该超出视角线两段超出一小段距离,保证视野内全是反光镜的成像3、相机不能出现在视角线范围内，否则会阻挡相机的视野4、反光镜镜面不宜朝上，否则容易落灰，如果一定需要朝上，必须做个外壳将相机和反光镜封在同一个密闭体内反光镜两端超出视角线相机不能出现在视角线范围内虚相机位置实际相机位置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31镜头基本知识23光路计算工业数字相机基本知识1镜头基本知识23光路计算工业数字相机基本知识132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CCDCMOS设计单一感光器,集中统一放大每个感光器连接放大器灵敏度同样面积下高,感光开口小灵敏度低成本线路品质影响程度高，成本高CMOS整合集成，成本低解析度连接复杂度低，解析度高新技术解析度高噪点比单一放大，噪点低放大器多,特性不同，噪点高功耗比需外加电压，功耗高直接放大，功耗低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CM33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机器视觉安防监控触发采集模式含有触发采集接口无触发采集接口分辨率从高到低都有，很丰富一般较低程序接口有完善的程序开发库，尤其对图像捕捉功能支持很齐全一般只有连续视频捕捉功能价格贵很便宜数据传输接口各种类型都有，USB，千兆以太网，CameraLink，1394等等目前以模拟接口为主，数字接口较少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34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线阵相机面阵相机结构特点结构简单，在同等分辨率下成本较低结构复杂，在同等分辨率下成本较高应用场合匀速运动的的物体，例如工业流水线,可以是静止，也可以运动，分辨率512/行,2k/行，4K/行640×480，800×600，1024×768……2048×1536或者更高光源光源只需要一窄条，整个画面比较均匀，能在低照度下工作整个面的光源较难做到均匀，照度要求高，彩色相机形式三线CCD，或者棱镜分光彩色滤光膜，bayer算法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35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36KEYENCE的CCDCCD: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。KEYENCE的CCDCCD:是ChargeCouple37CCD的型号种类31万100万分辨率512*480，640*480100*100单元大小7.4um*7.4um型号CV-H035CCV-035CCV-S035CCV-H100CCV-H035MCV-035MCV-S035MCV-H100M逐行扫描4.7ms16.0ms20.5ms传输频率40MHz*2ch40MHz*2ch传输方式数字序列传输Y方式尺寸3.6mm7.4mmCCD的型号种类31万100万分辨率512*480，640*38CCD的型号种类200万500万分辨率1600*12002432*2050单元大小4.4um*4.4um3.45um*3.45um型号CV-H200CCV-200CCV-S200CCV-H500CCV-H200MCV-200MCV-S200MCV-H500M逐行扫描29.2ms58.5ms61.2ms传输频率41MHz*2ch40MHz65MHz*2ch传输方式数字串行传输数字序列传输数字串行传输Y方式尺寸5.3mm7.1mmCCD的型号种类200万500万分辨率1600*12002439CCD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CCD的选型

1检测精度40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41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：焦距镜头基本知识镜头焦距是指镜头光学后主点到焦42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：光圈镜头基本知识光圈是一个用来控制光线透过镜头43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。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44景深与对焦之间的关系景深与对焦之间的关系45CCD以及镜头入门知识课件46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。焦距，光圈和景深的关系可以归纳如下：47光圈越小，景深越大镜头基本知识光圈越小，景深越大镜头基本知识48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高照明增加景深的问题镜头基本知识1小光圈49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：分辨率镜头基本知识镜头分辩率指的是在像平面处150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%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51C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52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：放大倍率镜头基本知识指物体通过透镜在焦平面的成53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：光学放大倍率镜头基本知识用于计算主要缩放比例的54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55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。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56CCD成像基础公式光路计算1/u+1/v=1/fu:物距v:像距f:焦距CCD靶面镜头中心点目标物体