機器視覺光學基礎概念系列之——景深、工作距離、物像距離

通俗而言，景深即在鏡頭架設好後，與被測物體間相對距離不做任何調節的情況下，可接受的能清晰成像的物方空間範圍。

在機器視覺中，相機晶片為光學 ... 您當前的位置：首頁 > 攝影機器視覺光學基礎概念系列之——景深、工作距離、物像距離作者：由 俊泰行 發表于 攝影時間：2021-04-14入射點到出射點距離是直徑嗎景深通俗而言，景深即在鏡頭架設好後，與被測物體間相對距離不做任何調節的情況下，可接受的能清晰成像的物方空間範圍。

在機器視覺中，相機晶片為光學系統的像平面，物方與像平面共軛的平面稱為對準平面。

嚴格的來講除對準平面上的點能成點像外，其他空間點在像平面上成像為彌散斑。

但由於晶片的解析度是有限的，因此當彌散斑小於一定限度時，仍可認為是一個像點，即成像清晰。

因此景深定義為：能在像平面上獲得清晰像的物方空間深度範圍稱為景深。

能成清晰像的最遠的物平面稱為遠景平面，它與對準平面的距離稱為遠景深度Δ1；能成清晰像的最近的物平面稱為近景平面，它與對準平面的距離稱為近景深度Δ2；景深=遠景深度+近景深度。

如下圖所示：景深可由下式計算：隨著近年相機晶片像元尺寸的減小，彌散斑取0。

04mm已遠大於晶片的分辨能力。

而且嚴格而言，不同像元尺寸的相機，由於允許的彌散斑大小不同，同一個鏡頭的景深也有差異。

但是習慣性的，機器視覺行業各鏡頭廠商仍以彌散斑直徑=0。

04mm來計算景深。

因此有經驗的工程師會發現鏡頭實際測試出的景深值由上式可以看出，景深跟鏡頭有效Fno。

成正比。

因此對於光闌可調的鏡頭，當Fno。

為1。

4，即光闌開口最大時，景深最小。

當減小Fno。

為8，即光闌開口調小時，景深增大。

如下圖所示另外，由上式還可看出，當鏡頭Fno。

相同時，鏡頭放大倍率越小，景深越大。

工作距離及物像距離工作距離（WD）是指鏡頭最下端機械面到物體的距離。

物像距離（O/I）是指物平面到相機晶片間的距離。

物像距離=工作距離+鏡頭本體長度+法蘭距。

其中對於常見的C口鏡頭和相機，法蘭距為17。

526mm。

在機器視覺行業中，許多鏡頭設計時為了保證成像質量，工作距離通常為一個固定值或一個較窄的範圍。

如遠心鏡頭，作為行業標準的工作距離是40mm、65mm、110mm。

因此在實際專案中，我們建議進行裝置機械設計前應先考慮視覺系統，使鏡頭工作距離的選擇不受機械空間的限制，從而在保證最佳的光學效能的同時降低成本。

否則可能因為一個特殊的工作距離要求，導致選型十分困難，不得不定製鏡頭。

線上陣專案中，由於各相機廠商定義的法蘭距不同（如同樣是M72*0。

75介面，法蘭距可能為6。

56mm，9。

4mm，12mm，19。

55mm等），且線陣鏡頭通常需搭配很長的轉接環，此時物像距離對於選型而言變得更有意義。

因此作為專業的機器視覺從業者，我們與客戶溝通時，需要正確判斷客戶所描述的空間是指工作距離還是物像距離。

茉麗特線掃鏡頭，會同時標明WD和O/I，方便客戶選擇。

鏡頭像圈像圈（imagecircle）是指入射光線透過鏡頭後，在焦平面上呈現出的圓形的明亮清晰的影像幅面，也稱像面大小。

鏡頭像圈由鏡頭光學結構決定，一旦設計完成，其對應的像圈就確定了。

在機器視覺中，由於感光器件為相機晶片，晶片尺寸即為成像靶面大小。

由於鏡頭像圈為圓形，相機靶面為長方形，因此鏡頭與相機搭配時，必須使鏡頭的像圈直徑≥相機靶面的對角線長度（如右圖所示）。

否則，相機靶面的四角會形成暗區（如左圖所示）從而影響成像質量，這種現象稱為漸暈。

如CMOSISCMV2000晶片，對角線長度為12。

8mm。

若鏡頭的像圈為Ф11mm（廠家或表述為：鏡頭最大相容晶片尺寸為2/3‘），那此款鏡頭搭配使用該晶片的相機時，就會出現漸暈。

如茉麗特ML-MCHR系列鏡頭像圈為Ф12。

8mm，此說明此款鏡頭可匹配包含CMV2000，2/3’、1/2‘、1/1。

8’、1/2。

5‘、1/3’等晶片的相機。

習慣性的，當為4/3‘以下面陣相機設計的鏡頭時，通常表述為“最大相容的相機靶面”，如MML1-HR65最大相容相機靶面2/3’。

當為更大靶面的面陣相機或線陣相機設計的鏡頭時，通常直接給出鏡頭的像圈，如ML-F80C-0205，鏡頭像圈為Ф82mm。

放大倍率機器視覺行業裡提到的鏡頭光學放大倍率通常是指垂軸放大倍率，即像和物的大小之比，計算方法如下：可見，光學放大倍率和所選相機晶片及所需視場相關。

如：已知相機晶片為2/3英寸（8。

8mm*6。

6mm），視場長寬為：10mm*8mm。

如用長邊計算，放大倍率=8。

8mm/10mm=0。

88x；如用短邊計算，放大倍率=6。

6mm/8mm=0。

825x；此時應取小的倍率0。

825x作為待選鏡頭的光學放大倍率。

否則，短邊視場將不能滿足要求。

（若取0。

88倍，則短邊視場=6。

6mm/0。

88x=7。

5mm<8mm）。

在實際工程專案中，通常無需長短邊都計算。

經驗的方法是：若視場接近於正方形或圓形，則取短邊計算；若視場為長條形，則取長邊計算。

另外，您還可能聽到過電子放大倍率和顯示器放大倍率兩個名詞。

他們與光學放大倍率相關卻不相同，但三者常被混淆，故在此說明。

電子放大倍率是指當相機上的圖片顯示在螢幕上時的影象放大倍數。

如相機晶片是1/2英寸（對角線為8mm），顯示屏是14英寸，則電子放大倍率=14*25。

4mm/8mm=44。

45x。

顯示器放大倍率是指透過鏡頭在顯示器上呈現的物體的放大倍率。

如已指鏡頭光學放大倍率為0。

2x，相機及顯示器的電子放大倍率是44。

5x，則顯示器放大倍率=光學放大倍率*電子放大倍率=0。

2x*44。

5x=8。

89x。

標簽： 鏡頭  倍率  相機  景深  放大  上一篇:佳能單反70d快門按兩下才能完成拍照怎麼辦?下一篇：一個人去旅遊，扛著三角架去玩會被束縛嗎？你們一個人旅遊拍照怎麼拍的？猜你喜歡哪一款相機更能給人拍照的樂趣呢？2020-02-07把手機中模糊的照片變清楚？2018-10-03同樣大小的貓能打得過霸王龍嗎?2017-01-19瞭解光圈這一篇就夠了2020-01-09超全的人像攝影知識，80%的要點都在這裡了2019-10-08搜索推薦閱讀1種植桃樹用什麼肥料好？桃樹施肥用什麼肥料最好？2把5歲的孩子關在街上的房子外面，鎖上前門懲罰她。

這算是虐待嗎？3本人9月雅思急出成績，考了2次5.5了，目標7，求問西安牛學和北京學為貴的封閉班怎樣？4如何評價王鷗？5感覺高中的地理涉及很多課外知識，應該從什麼方面去補充學習?