工业相机镜头焦距、工作距离、视野等选型的计算

它表示满足图像清晰度要求的最远位置与最近位置的差值，景深的计算可能会相对麻烦一些。

它与镜头焦距、光圈值、工作距离和允许弥散斑的最大直径有关。

由于 ... 少有人走的路 首页留言本 2020-04-1120:54:32 勇哥的视觉实验：工业相机镜头焦距、工作距离、视野等选型的计算 （一）CCD和镜头的一些术语解释镜头工作距离（WD）   一般是指 镜头物方端面到被拍摄物体表面的物理距离。

光源工作距离（LWD）   一般是指 光源物方端面到被照射物体表面的物理距离。

视场（FOV）也称视野,是指能被视觉系统观察到的物方可视范围大小对于镜头而言，可观察到的视场跟镜头放大倍率及相机芯片选择有关。

因此通常建议根据被观察物体的尺寸，先确定所需的视场，再确定相机芯片尺寸及镜头放大倍率。

在实际工程项目中，考虑到机械误差等问题，视场通常要大于待观测物体的实际尺寸，以确保在机械误差的范围内，物体始终位于视觉系统的可视范围内。

光学放大倍率    机器视觉行业里提到的镜头光学放大倍率通常是指垂轴放大倍率，即像和物的大小之比，计算方法如下：   光学放大倍率=感光芯片长边/视野长边  可见，光学放大倍率和所选相机芯片及所需视场相关。

如：已知相机芯片为2/3英寸（8.8mm*6.6mm),视场长宽为：10mm*8mm。

如用长边计算，放大倍率=8.8mm/10mm=0.88x；如用短边计算，放大倍率=6.6mm/8mm=0.825x；此时应取小的倍率0.825x作为待选镜头的光学放大倍率。

否则，短边视场将不能满足要求。

（若取0.88倍，则短边视场=6.6mm/0.88x=7.5mm<8mm）。

在实际工程项目中，通常无需长短边都计算。

经验的方法是：若视场接近于正方形或圆形，则取短边计算；若视场为长条形，则取长边计算。

另外，您还可能听到过电子放大倍率和显示器放大倍率两个名词。

他们与光学放大倍率相关却不相同，但三者常被混淆，故在此说明。

电子放大倍率是指当相机上的图片显示在屏幕上时的图像放大倍数。

如相机芯片是1/2英寸（对角线为8mm）,显示屏是14英寸，则电子放大倍率=14*25.4mm/8mm=44.45x.显示器放大倍率是指通过镜头在显示器上呈现的物体的放大倍率。

如已指镜头光学放大倍率为0.2x,相机及显示器的电子放大倍率是44.5x,则显示器放大倍率=光学放大倍率*电子放大倍率=0.2x*44.5x=8.89x。

相机芯片尺寸在前面描述放大倍率和镜头像面尺寸时都涉及到相机芯片尺寸。

通常相机厂商是以英寸的形式表示的，但在实际计算时，需要换算成各边以毫米为单位的计量方式。

但有经验的朋友会发现，对于相机芯片尺寸而言，1inch≠25.4mm，而有其特有的换算关系。

为方便广大机器视觉从业者进行计算，在此列出常见的相机芯片尺寸对应关系，供参考。

当然，随着相机芯片的发展，越来越多芯片种类出现。

最准确的芯片尺寸计算方法是：相机像素颗数x像素尺寸=芯片尺寸。

如某相机分辨率为5120x5120,像素尺寸为4.5µmx4.5µm,则芯片为正方形，边长=5120x4.5µm=23040µm=23.04mm。

面阵相机、镜头选型计算公式光学放大倍率  =  相机芯片长度/视野长边  = 焦距f / 工作距离WD（二）计算公式工业镜头的焦距(fmm)可以根据FOV(视场),WD(工作距离)和CCD芯片尺寸计算出来:焦距计算公式焦距f＝WD×CCD芯片尺寸(horv)/FOV(HorV)下面是常见的CCD芯片1.1英寸——靶面尺寸为宽12mm*高12mm，对角线17mm1英寸——靶面尺寸为宽12.7mm*高9.6mm，对角线16mm2/3英寸——靶面尺寸为宽8.8mm*高6.6mm，对角线11mm 1/1.8英寸——靶面尺寸为宽7.2mm*高5.4mm，对角线9mm1/2英寸——靶面尺寸为宽6.4mm*高4.8mm，对角线8mm1/3英寸——靶面尺寸为宽4.8mm*高3.6mm，对角线6mm 1/4英寸——靶面尺寸为宽3.2mm*高2.4mm，对角线4mf：镜头焦距
H:FOV高度尺寸
V:FOV宽度尺寸WD：镜头至景物距离
v:  CCD芯片宽度尺寸
h：CCD芯片高度尺寸再来看看工作距离、视野的计算:视场FOV(HorV)＝CCD芯片尺寸(HorV)/光学倍率工作距离WD=f(焦距）×CCD芯片尺寸/FOV(HorV)光学倍率＝CCD芯片尺寸(HorV)/FOV(HorV)以上参数画图示意如下：（三）硬件参数解释勇哥实验用的相机与镜头的参数如下：实验用相机参数：实验用镜头的参数视场角镜头中有一个参数是：视场角（D*H*V）如果使用1/2"芯片尺寸的相机的话，其为：51.9°*42.5°*32.4°它为和视野大小不是一个概念，它的大小解决了视野大小，见下面的说明：在光学仪器中，以光学仪器的镜头为顶点，以被测目标的物像可通过镜头的最大范围的两条边缘构成的夹角，称为视场角在下图中，AOB角就是水平视场角，BOC就是垂直视场角。

视场角的大小决定了光学仪器的视野范围，视场角越大，视野就越大，光学倍率就越小。

通俗地说，目标物体超过这个角就不会被收在镜头里。

视场角（D*H*V），其中的H,V上面已经说清楚了。

但是D也是什么呢？如下图左边的示例，它应该是对角线构成的直径视场角（勇哥的理解）视场角的其它特性如下：视场角与焦距的关系：一般情况下，视场角越大，焦距就越短。

标准镜头：视角45度左右，使用范围较广。

远摄镜头：视角40度以内，可在远距离情况下拍摄。

广角镜头：视角60度以上，观察范围较大，近处图像有变形。

畸变镜头在成像时，特别是用短焦距镜头拍摄大视场，图像会产生形变，这种情况叫做镜头的畸变，这是由于镜头的光学结构和成像特性导致的，原因是由于视野中局部放大倍数不一致造成的图像扭曲。

拍摄的视场越大，所用的镜头的焦距越短，畸变的程度就越明显，一般有桶型畸变和枕型畸变两种，可以通过图像标定减弱这种平面畸变的影响。

那么上面镜头参数图片中的畸变值是怎么算出来的呢？请看另一篇贴子的介绍：《如何测试成像畸变？》景深景深则是镜头另一个重要的外部参数。

它表示满足图像清晰度要求的最远位置与最近位置的差值，景深的计算可能会相对麻烦一些。

它与镜头焦距、光圈值、工作距离和允许弥散斑的最大直径有关。

由于允许弥散斑的最大直径是个相对量，它的可接受直径很大程度上取决于应用，因此在实际视觉应用中以实验和参考镜头给出的参考值为主。

简单的说：光圈越小，景深越深；焦距越短，景深越深；对焦距离（工作距离）越远，景深越深；这个和我们摄影的经验是一样的。

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。

有了上面的知识，我们再来看看工业相机镜头上刻的参数都是什么意思：（示例1）8mm焦距镜头，最大光圈2.0，感光元件尺寸1/1.8英寸。

（示例2）这个是勇哥做实验时用的镜头。

红色指向的是调整聚焦的环（也叫对焦环），蓝色指向的是调整光圈的环。

注意对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。

聚焦环上第一行依次内容为：8mm（不幸被水印盖住了），1：1.4，C，1/2“（这张图上看不到）8mm为焦距，这个镜头固定焦距（定焦镜头）。

还有可变焦距的镜头，如果是家用单反相机，焦距可能18mm到140mm可变。

1:1.4指的最大光圈是1.4，即调到1.4的时候，光圈开得最大。

至于为什么要写成1:1.4，这个勇哥暂时也不清楚。

----------------------------2020/4/13勇哥注：偶尔在一篇文章中看到关于1:1.4是什么含义，因此特摘抄追加注释于此。

 光圈系数是镜头的重要内部参数，它就是镜头相对孔径的倒数，一般的厂家都会用F数来表示这一参数。

 例如，如果镜头的相对孔径是1：2，那么其光圈也就是F2.0。

而在相机的镜头上，都会标写上这一指标。

 而由于光圈系数是相对孔径的倒数，因此，如果光圈系数的标称值数字越大，也就表示其实际光圈就越小。

 一般来说，镜头的光圈排列顺序是：1、1.4、2.0、2.8、3.5、4.0、5.6、8.0、11、16、22、32等等。

 随着数值的增大，其实际光孔大小也就随之减小，而其在相同快门时间内的光通量也就随之减小----------------------------这是插一个题外话，貌似最大光圈能反映出制造厂家的实力，请看下面的百度知道的摘抄：光圈1.4和1.2能有多大差距？ 光圈1.4和1.2能有多大差距,差距肯定是有的： 1、从光圈值来说，1.4和1.2差了约半档，所以从进光量来说区别不是很大。

2、从制造镜头的角度来说，从1.4上到1.2，它的制造难度要高得多，绝对不是1.4比1.2的关系， 我见过F=1.0的镜头，杂志上见过F=0.8的镜头，这个属于技术含量的产品，不是用差多少来表达的。

而生产厂版也是一种自豪，并非每家厂都有这种实力。

3、用大光圈的镜头，它也属于一种身份的象征，买个QQ一样开，何必去买劳斯莱斯， 这是我们的想法，但是买劳斯莱斯的人不是这样想的。

C是相机的镜头接口类型1/2"是镜头成像来圈所对应的感光靶规格.常见的有1/3",1/2",2/3"和1".1"的镜头可兼源容1/3",1/2",2/3"感光靶.但1/3"镜头用在1/2",2/3"和1"感光靶上通常会有暗zhidao角.聚焦环上第二行印着0.1, 0.2,0.3,0.5,1,∞m指示当前焦点的位置，单位米，∞为无限远光圈环上印着：16，8，4，2.8，2,1.4最小数字1.4为最大光圈，16为最小光圈（示例3）勇哥放一张家用单反相机的镜头上的标识，和工业相机的镜对比一下区别第一个是对焦环刻度标尺，指示当前焦点的位置，单位“ft”是英制长度单位英尺“foot”的英文缩写，“m”是公制长度单位米“meter”的英文缩写，∞代表无限远；第二个是变焦环刻度标尺，指示当前镜头的实际焦距，单位毫米mm；第三个是光圈环刻度标尺，指示当前的光圈值，数值表示相应的F值，C代表关闭，Closed。

有关上述计算公式的实际编码测试，见勇哥另一篇贴子《勇哥关于相机镜头选型的小总结：工业相机镜头选型计算的小程序》下面勇哥用这个小程序来为相机选择一款镜头：需求如下：相机配置为：芯片长宽为5.7*4.3mm,分辨率为：2592*1944,像元尺寸为2.2*2.2um物距：60mm视野大小：12mm*9mm把参数填写好，点击“保存设定”，然后“计算”，结果如下图所示：勇哥需要配一个焦距为28.512mm的镜头。

这个结果对不对呢，有个很简单的办法验证。

去问问淘宝上卖镜头的商家，把上面的参数告诉他，让他帮助我们挑一款镜头。

^_^--------------------- 作者：hackpig来源：www.skcircle.com版权声明：本文为博主原创文章，转载请附上博文链接！#转载请注明出处www.skcircle.com《少有人走的路》勇哥的工业自动化技术网站。

如果需要本贴图片源码等资源，请向勇哥索取。

扫码加本站公众号收藏|2点赞|2打赏作者 作者:勇哥,很想停止|分类:视觉实验|浏览:28005|评论:9 评论列表:  访客 发布于 2020-06-1916:09:43  回复该评论 膜拜博主，请收下小女子的膝盖~~~  勇哥,很想停止 发布于 2020-06-1917:58:12  回复该评论 收了~^_^  访客 发布于 2020-08-2709:29:03  回复该评论 为什么算出来的焦距用在相机上只有一半的视野出来  访客 发布于 2020-08-2709:29:43  回复该评论 就是算出来16mm焦距镜头安装上相机只有一半的视野  访客 发布于 2020-09-2217:28:33  回复该评论 简直无敌了，膜拜，膜拜  访客 发布于 2020-10-0918:14:21  回复该评论 这个焦距得换算成135等效焦距吧  河蟹张 发布于 2021-04-1714:02:54  回复该评论 大视野（220*150）的九点标定的精度是不是达不到0.1mm  勇哥,很想停止 发布于 2021-04-1720:54:08  回复该评论 提升CCD硬件配置应该可以。

 PiPi 发布于 2021-10-1408:33:07  回复该评论 大佬，请问电子放大倍率和显示器放大倍率会影响图像读取的精度吗 发表评论:取消回复 名称(*) 邮箱 主页 正文(*) ◎欢迎参与讨论，请在这里发表您的看法、交流您的观点。

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