鏡頭主要引數與光源選型，選型焦距計算公式。 - IT閱讀

數值孔徑等於由物體與物鏡間媒質的折射率n與物鏡孔徑角的一半（a\2）的正弦值的乘積，計算公式為N.A=n*sina/2。

數值孔徑與其它光學引數有著密切的關係，它 ... 鏡頭主要引數與光源選型，選型焦距計算公式。

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2019-02-02254 1.焦距（FocalLength）　　 焦距是從鏡頭的中心點到膠平面上所形成的清晰影像之間的距離。

焦距的大小決定著視角的大小，焦距數值小，視角大，所觀察的範圍也大；焦距數值大，視角小，觀察範圍小。

根據焦距能否調節，可分為定焦鏡頭和變焦鏡頭兩大類。

　　 2.光圈(Iris)　　 用F表示，以鏡頭焦距f和通光孔徑D的比值來衡量。

每個鏡頭上都標有最大F值，例如　8mm　/F1.4代表最大孔徑為　5.7毫米　。

F值越小，光圈越大，F值越大，光圈越小。

　　 3.對應最大CCD尺寸(SensorSize)　　 鏡頭成像直徑可覆蓋的最大CCD晶片尺寸。

主要有：1/2″、2/3″、1″和1″以上。

　　 4.介面(Mount)　　 鏡頭與相機的連線方式。

常用的包括C、CS、F、V、T2、Leica、M42x1、M75x0.75等。

　　 5.景深(DepthofField,DOF)　　 景深是指在被攝物體聚焦清楚後，在物體前後一定距離內，其影像仍然清晰的範圍。

景深隨鏡頭的光圈值、焦距、拍攝距離而變化。

光圈越大，景深越小；光圈越小、景深越大。

焦距越長，景深越小；焦距越短，景深越大。

距離拍攝體越近時，景深越小；距離拍攝體越遠時，景深越大。

（記住控制單一變數，如果物距與焦距一起變總體上景深是變大的，因為物距的增速大於焦距的減速）　　 6.解析度(Resolution)　　 解析度代表鏡頭記錄物體細節的能力，以每毫米里面能夠分辨黑白對線的數量為計量單位：“線對/毫米”（lp/mm）。

解析度越高的鏡頭成像越清晰。

　　 7、工作距離(Workingdistance,WD)　　 鏡頭第一個工作面到被測物體的距離。

　　 8、視野範圍(FieldofView,FOV)　　 相機實際拍到區域的尺寸。

　　 9、光學放大倍數(Magnification,ß)　　//這個一般對於遠心鏡頭比較重要，就是相機當作顯微鏡時，其放大倍數越大越好。

CCD/FOV，即晶片尺寸除以視野範圍。

　　 10、數值孔徑(NumericalAperture,NA)　　 數值孔徑等於由物體與物鏡間媒質的折射率n與物鏡孔徑角的一半（a\2）的正弦值的乘積，計算公式為N.A=n*sina/2。

數值孔徑與其它光學引數有著密切的關係，它與解析度成正比，與放大率成正比。

也就是說數值孔徑，直接決定了鏡頭解析度，數值孔徑越大，解析度越高，否則反之。

　　 11、後背焦(Flangedistance)　　 準確來說，後倍焦是相機的一個引數，指相機介面平面到晶片的距離。

但線上掃描鏡頭或者大面陣相機的鏡頭選型時，後倍焦是一個非常重要的引數，因為它直接影響鏡頭的配置。

不同廠家的相機，哪怕介面一樣也可能有不同的後倍焦。

　　 二、鏡頭選型　　 1.選擇鏡頭介面和最大CCD尺寸　　 鏡頭介面只要可跟相機介面匹配安裝或可通過外加轉換口匹配安裝就可以了，其一般的介面是C口跟CS口，這兩者主要的區別是影象感測器與鏡頭之間的距離不同這兩者型別的介面沒有細分的，其C口的大小全都都一樣，；鏡頭可支援的最大CCD尺寸應大於等於選配相機CCD晶片尺寸。

1. CS-mount：影象感測器到鏡頭之間的距離應為12.5mm C-mount：影象感測器到鏡頭之間的距離應為17.5mm。

一個5mm的墊圈(C/CS連線環)可用於將C-mount鏡頭轉換為CS-mount鏡頭 C口螺紋和CS口螺紋是一樣的口徑一英寸，in32牙的螺紋，他們的不同在於焦距，C口焦距17.5mm    CS口為12.5mm 　　     其實這不是一個硬性條件，只是這樣子出來的圖片有的地方因為爆不了光而變成黑色。

所以選匹配的工業鏡頭主要三個條件：      a、根據部落格下面的焦距計算公式，計算得到適合實驗環境的焦距。

    b、為了充分利用相機的像元，應當選擇鏡頭尺寸大於或等於相機成像面的尺寸。

c、對於高精度的工業計算，第三點就很重要，就是要選擇大於或等於相機解析度(其實跟像元尺寸大小有關的，不是畫素數)的鏡頭，這個就是鏡頭的解析力，一般在買鏡頭的時候有說明鏡頭是多少解析度的。

 如果對於不是高精度的視覺專案，則選擇的鏡頭解析度可以比相機解析度低也可以。

相機解析度越高其價格越貴，適中即可。

      注意：上面的a中的計算公式只適合工業鏡頭的選型，因為其符合小孔成像原理，不用考慮其光學倍率，因為相同焦距、像面尺寸的工業鏡頭其在固定距離的光學倍率都是一樣的；如果是那種廣角、魚鷹類的鏡頭則要通過另一種方式選，就是鏡頭的“光學倍率”，就是CCD/FOV，因為它們不符合嚴格的小孔成像原理，而是有更大的屈光率。

    鏡頭的好壞之分特性：畸變，一般好的鏡頭畸變特別小，不過多好的鏡頭，只要相機的解析度特別大，在影象外框還是會有畸變存在。

所以畸變率也是衡量鏡頭好壞的一個特性，對畸變比較敏感的工程，應當特別注意這點。

解析度，一般相機跟鏡頭解析度選型要匹配。

下面是一些鏡頭解析度的知識點：     一般在對相機與鏡頭選型時，在解析度匹配方面，為了方便記憶鏡頭與相機的匹配關係，人們常採用對應相機的解析度來命名鏡頭。

這種命名方式其實並不科學，同時給新接觸視覺系統的人帶來了很多誤解，經常會機械的套用百萬畫素解析度相機對應百萬畫素鏡頭，二百萬畫素解析度相機對應二百萬畫素鏡頭，而五百萬畫素解析度相機則對應五百萬畫素鏡頭。

其實鏡頭與相機對應的並不是相機自身的畫素解析度(畫素數)，而是各自的極限空間解析度(即傳遞函式MTF對應的空間截止頻率)。

    按目前公開的效能指標，百萬畫素的鏡頭對應的極限空間解析度為90線對/mm，兩百萬畫素的鏡頭對應的極限空間解析度為110線對/mm，五百萬畫素的鏡頭對應的極限空間解析度為160線對/mm。

按照相機鏡頭的匹配原則，鏡頭的極限解析度需大於或等於相機的極限解析度，那麼百萬畫素鏡頭配合的相機的極限解析度必須小於90線對/mm，兩百萬畫素鏡頭和五百萬畫素鏡頭所配相機的原理相同。

那麼怎樣知道相機的極限空間解析度呢?相機的極限空間解析度不是由相機自身的解析度決定，而是由相機晶片的單個像元尺寸決定。

具體計算公式如下： 1/(單個像元尺寸*2)，單位：線對/mm 例如，我們常用的AVTGUPPYPro系列的F125B相機，其為130萬，1/3寸CCD,其單個的像元尺寸為3.75um*3.75um.一般相機畫素解析度越大則其像元尺寸越小。

則此相機極限空間解析度為： 1mm/(3.75um*2)=133.33線對/mm 由鏡頭的極限空間解析度大於相機的極限空間解析度可知，選擇五百萬畫素的鏡頭較合適。

一個鏡頭介紹的內容： 2.選擇鏡頭焦距 如圖所示，在已知相機CCD尺寸、工作距離（WD）和視野（FOV）的情況下，可以計算出所需鏡頭的焦距（f）。

　　 3.選擇鏡頭光圈　　 鏡頭的光圈大小決定影象的亮度，在拍攝高速運動物體、曝光時間很短的應用中，應該選用大光圈鏡頭，以提高影象亮度。

　　 4.選擇遠心鏡頭　　 遠心鏡頭是為糾正傳統鏡頭的視差而特殊設計的鏡頭，它可以在一定的物距範圍內，使得到的影象放大倍率不會隨物距的變化而變化。

遠心鏡頭與傳統鏡頭對比，如圖：　　 　 遠心鏡頭又分為物方遠心和雙側遠心兩種，如圖： 1.       選擇光源的角度　　 根據期望的影象效果，選擇不同入射角度的光源。

高角度照射，影象整體較亮，適合表面不反光物體；低角度照射，影象背景為黑，特徵為白，可以突出被測物輪廓及表面凹凸變化；多角度照射，影象整體效果較柔和，適合曲面物體檢測；背光照射，影象效果為黑白分明的被測物輪廓，常用於尺寸測量；同軸光照射，影象效果為明亮背景上的黑色特徵，用於反光厲害的平面物體檢測。

不同角度光源的示意圖如下：   1.       選擇光源的顏色　　 考慮光源顏色和背景顏色，使用與被測物同色系的光會使影象變亮(如：紅光使紅色物體更亮)；使用與被測物相反色系的光會使影象變暗(如：紅光使藍色物體更暗)。

　　   不同顏色光源效果示例：  彩色圖  紅光效果  綠光效果  藍光效果                 　波長越長，穿透能力越強；波長越短，擴散能力越強。

紅外的穿透能力強，適合檢測透光性差的物體，如棕色口服液雜質檢測。

紫外對錶面的細微特徵敏感，適合檢測對比不夠明顯的地方，如食用油瓶上的文字檢測。

   　　 1.       選擇光源的形狀和尺寸　　 主要分為圓形、方形和條形。

通常情況下選用與被測物體形狀相同的光源，最終光源形狀以測試效果為準。

光源的尺寸選擇，要求保障整個視野內光線均勻，略大於視野為佳。

                             　　 2.       選擇是否用漫射光源　　 如被測物體表面反光，最好選用漫反射光源。

多角度的漫射照明使得被測物表面整體亮度均勻，影象背景柔和，檢測特徵不受背景干擾 工業攝像機鏡頭產品型號：FL-CC1614-2M 品牌：賓得（pentax) FL-CC1614 -2M　產品規格 畫面尺寸 2/3型 焦距 16 mm 最大口徑比 1：1.4 光圈範圍 1.4 ~ 16 安裝方式 C 水平視角 1/4型 12.9° 1/3型 17.1° 1/2型 22.7° 2/3型 31.0° 最小物距 0.25 m 背景焦點 14.61 mm 濾鏡尺寸 27 P=0.5 mm 外形尺寸 φ29.5×33.2 mm 重量 63 g 其引數代表的意義是： 1.畫面尺寸2/3型，指的是其能夠提供的最大感光面尺寸是2/3英寸。

CCD尺寸是怎樣規定的？CCD（包括CMOS感光元件）的面積是按其矩形對角線英寸長度為指標的。

這和定義電視螢幕尺寸類似。

一英寸是25.4毫米。

1/2.7英寸、1/2.5、1/1.8都是指CCD對角線有多少分之一英寸長，分母小的其分數值就大，相應感光元件面積也大。

1/2.7英寸、1/2.5英寸、1/1.8英寸之間的差別到底有多大?通過以下的分析和麵積的具體計算，就一目瞭然。

因為通常CCD面積是矩形(個別有3:2)，1/2.7英寸、1/2.5與1/1.8的具體面積可以由對角線長度來推出。

根據“直角三角形斜邊的平方=兩直角邊的平方和”的定理， 把斜邊的平方除以矩形兩邊比值數各自平方的和，得出一個係數，再用這個係數分別乘矩形兩邊比值數的平方，分別得出兩直角邊的平方，再開方後得出矩形的兩個邊長數值，最後將其相乘就是所求矩形的面積。

例如：CCD對角線長為1/2.5英寸，矩形長寬比是4:3，計算過程如下：25.4毫米/2.5=10.16毫米……………………………………………（對角線長）10.16毫米×10.16毫米/（4×4+3×3）=4.129024平方毫米…………（係數）4.129024平方毫米×（4×4）=66.064384平方毫米，將其開方，√66.064384平方毫米=8.128毫米…………………………………………………………（長邊值）4.129024平方毫米×（3×3）=37.161216平方毫米，將其開方，√37.161216平方毫米=6.096毫米 …………………………………………………………（短邊值）長邊值8.128毫米×短邊值6.096毫米=實際面積49.55平方毫米。

同樣方法計算出來的1/2.7英寸、1/1.8英寸CCD的面積分別是42.48平方毫米和95.53平方毫米可見：1/1.8英寸CCD面積95.53平方毫米是1/2.5英寸CCD面積1.93倍1/2.5英寸CCD面積49.55平方毫米是1/2.7英寸CCD面積1.17倍1/2.7英寸CCD面積42.48平方毫米只有1/1.8英寸CCD面積的44%CCD面積越大，能容納感光元件越多，捕獲的光子越多，感光效能越好，信噪比越低，表現在成像效果上越好，也就是影象細膩、層次豐富、色彩還原真實、相同條件下，能記錄更多的影象細節，各畫素間的干擾也小，可以更加勝任弱光條件下的感光、支援數碼影象穩定器對畫素資源的佔用，另外還可提供對拍攝更大照片尺寸和更高照片精度的選擇。

如面積不變，單純增加畫素，單個畫素的感光面積肯定要縮小，不但熱穩定性會變差，且有曝光不足的可能。

如果既要增加畫素又想保證持影象質量，就必須在維持單個像素面積不縮水的前提下增大CCD的總面積。

而大尺寸CCD加工製造技術要求高，成本也非常高。

在選擇和評價CCD尺寸時，1/1.8英寸要比1/2.5英寸好得多，更優於1/2.7英寸。

下面是家用小DC影象感測器尺寸換算為公制的大小（單位為毫米）: 2/3英寸的畫幅面積為(8.8×6.6mm)1/1.8英寸的畫幅面積為(7.178×5.319mm) 1/2英寸的畫幅面積為(6.4×4.8mm)1/2.7英寸的畫幅面積為(5.27×3.96mm) 1/3英寸的畫幅面積為(4.8×3.6mm)1/3.2英寸的畫幅面積為(4.536×3.416mm) 1/3.6英寸的畫幅面積為(4×3mm)1/4英寸的畫幅面積為(3.2×2.4mm)1/5英寸的畫幅面積為(2.55×1.91mm) 1/6英寸的畫幅面積為(2.15×1.61mm)  也就是說 1/2.3英寸面積是最小的。

決定數碼相機的成像質量有幾大件，包括鏡頭，影象處理器還有就是感光元件，這感光元件是越大越好，當然是越大越貴，這好比你買房子面積越大付出的金錢也就要越多。

這1/2.3英寸實際上有多大呢？咱不說那個運算公式了，直接給答案：約為23平方毫米，非常小，可能跟手機上的按鍵大小差不多吧，即使是家用數碼相機中通常配置感光元件最大的2/3英寸也只有 54平方毫米，但也比1/2.3英寸大了不止一倍。

就是大這麼一丁點兒的相機賣的一點兒也不便宜，有的要比入門數碼單反還貴。

配置1/2.3英寸的數碼相機通常都是低端的或者說雖然不是低端的但多數是長焦相機（光學變焦10倍以上），採用1/2.3英寸的好處是相機的體積可以做的很小,像卡片機之類的都是採用這類感光元件,而採用大一點感光元件的相機體積都要做的大些,當然成像質也會好些。

例如1英寸的看見相機是五千多，而2/3英寸的相機是兩千多。

2.f=16mm，表示其是定焦鏡頭，不可變焦。

F=1.4表示其最大光圈是1.4，範圍是1.4·--16 計算公式： CCD靶面規格尺寸(更多的尺寸可以網上搜)：單位mm 規格 1/3"1/2"2/3"1"W4.86.48.812.8H3.64.86.69.6由於攝像頭畫面寬度和高度與電視接收機畫面寬度和高度一樣，其比例均為4:3，當L不變，H或W增大時，f變小，當H或W不變，L增大時，f增大。

舉例：假設用1/2”CCD攝像頭觀測，被測物體寬440毫米，高330毫米，鏡頭焦點距物體2500毫米。

由公式可以算出：焦距f=6.4*2500/440≈36毫米或焦距f=4.8*2500/330≈36毫米當焦距數值算出後，如果沒有對應焦距的鏡頭是很正常的，這時可以根據產品目錄選擇相近的型號，一般選擇比計算值小的，這樣視角還會大一些。

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