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          以VST鏡頭為例講解工業鏡頭參數解釋


          I N D E X

          ■失真

          ■工作距離
          (Working Distance)
          ■F Number
          (F#)
          ■電視失真 ■ O/I
          (Object to Imager)
          ■實效F
          ■光學倍率 ■成像圈 ■NA
          (Numerical Aperture)
          ■監視放大 ■相機 Mount ■邊緣亮度
          ■解析度 ■視野
          (FOV)
          ■遠心鏡頭
          ■解像力 ■景深
          (DOF)
           
          ■MTF
          (Modulation Transfer Function)
          ■焦距
          (f)
           
          ◆遠心 ◆景深(DOF) ◆通風盤及解析度
          ◆MTF 及解析度    
           
               
           

          ■失

          圖1,圖2 參照

           
               
            ■電視失真

          實際邊長的歪曲形狀與理想的形狀的百分比算出的值

           
               
           

          ■光學倍率

          主點和成像關系:光學倍率就是物體與像的比。關系就是以下的情況。

           

           
               
            ■電視頻幕倍率(TV倍率)  
           

          監視器對角線 × 光學倍率?。健”O視器倍率
          傳感器對角線

          例)VS-MS1+10x鏡頭 1/2” CCD 照相機, 14”監視器上的成像


          25.4×14(英寸) × 10(x)= 444.5x
          8(mm)

          0.1mm的物體在監視器得到的是44.45mm的成像
          ※有時根據TV監視器的掃描狀態,以上的簡易計算將有一些變化

           
               
           

          ■解析度
          表示了所能見到了2點的間隔
          0.61x 使用波長(λ)/ NA=解析度(μ)
          以上的計算方法理論上可以計算出解析度,但不包括失真。
          ※使用波長為550nm

           
               
            ■解像力

          1mm中間可以看到黑白線的條數。單位(lp)/mm.

           
               
            ■MTF(Modulation Transfer Function)

          成像時再現物體表面的濃淡變化而使用的空間周波數和對比度。

           
               
           

          ■工作距離(Working Distance)
          鏡頭的鏡筒到物體的距離

           
               
            ■ O/I(Object to Imager)

          物像間距離。物體到像間的長度。

           
               
           
          ■成像圈

          成像尺寸φ , 要輸入相機感應器尺寸。


          ■相機(鏡頭)接口 Mount

          C-mount: 1" diameter x 32 TPI: FB: 17.526mm
          CS-mount: 1" diameter x 32 TPI: FB: 12.526mm
          F-mount: FB:46.5mm
          M72-Mount: FB 廠家各有不同


          ■視野 (FOV)

          使用照相機以后看到的物體側的范圍
          照相機有效區域的縱向長度(V)/光學倍率(M)=視野(V)
          照相機有效區域的橫向長度(H)/光學倍率(M)=視野(H)
          *我們的技術資料上的視野范圍是指由光源及有效區域的一般數值計算出來的值。
          「照相機有效區域的縱向長度(V)or(H)=
          照相機一個畫素的尺寸×有効畫素數(V)or(H)」
          來計算。

           
               
            ■景深 (DOF)
               
          2(

          允許誤差值 x 實效F

          )=DOF

          光學倍率 X 光學倍率

               
           

          允許誤差值

          =DOF

          NA x 光學倍率

          景深是指成像后物體的距離。同樣,照相機側的范圍稱為焦點深度。具體的景深的值多少略有不同。

           
               
            ■焦距 (f)

          f(Focal Length)光學系的后主點(H2)到焦點面的距離。

           
               
            ■FNO

          鏡頭從無限遠時,亮度表示的數值,值越小越亮。FNO=焦距/入射孔徑或有効口徑=f/D

           
               
            ■實效F

          有限距離時鏡頭的明亮度。
          實效F = (1 +光學倍率) x F#
          實效F = 光學倍率 / 2NA

           
               
            ■NA(Numerical Aperture)

          物體側的 NA = sin u x n
          成像側的NA' = sin u'x n'
          如下圖所示 入社角度 u, 物體側折射率n, 成像側的折射率' n'
          NA = NA' x 放大率

           
               
            ■邊緣亮度

          相對照度是指中央的照度與周邊的照度的百分比。

           
               
            ■遠心鏡頭s

          主光線與鏡頭光源平行的鏡頭。有物體側的遠心,成像側的遠心,兩側的遠心行頭等方式。

           
               
           

          ◆遠心度

          遠心度是指對于物體方向的倍率誤差。倍率誤差越少,遠心效果就越高。
          遠心鏡頭用于尺寸測量等各種用途,在使用鏡頭之前,把握遠心度是非常重要的事情。因為遠心鏡頭是主光線與鏡頭光軸平行的,對于測試高度上有不同物體時,是非常寶貴的工具。如果遠心度比較差的話,畫面的周邊與中心,還有高度不同物體的成像效果會有不同。這樣的話使用遠心鏡頭的效果反而會變得沒有意義。
          關于遠心度的確認,在如同下圖的測試時,可以很簡單的確認做出來


           
               
           

          ◆景深 (DOF)

          我公司的目錄里記載的景深(Depth of Field)可以用以下的計算式計算出來:
          景深 = 2 x Permissible COC x 實效F / 光學倍率2
          = 允許誤差值 / (NA x 光學倍率)

          (在這個目錄中,我們使用的是0.04mm的Permissible COC)

           
               
           

          ◆愛里斑及解析


          愛里斑是指通過沒有像差的鏡頭,把光集中在一點上,而這一點會形成同心圓。
          這個同心圓稱為艾里斑。愛里斑的半徑r,是在使用沒有像差鏡頭的條件下,
          計算出來的。這個值我們稱為解析度。
          r=0.61λ/NA
          艾里斑的徑根據波長而變化,波長越長在1點集中的難度越大。這個根據公式就可以理解。
          例)NA為0.07的鏡頭,波長為550nm的情況下
          r=0.61*0.55/0.07=4.8μ
          此目錄上的解析度是通過這個愛里斑半徑而計算出的數值。

           
               
           

          ◆MTF 及解析度

          MTF(Modulation Transfer Function) 是指物體表面的濃淡變化,成像側也被再現出來。表示鏡頭的成像性能,成像再現物體的對比度的程度。 測試對比性能,用的是具有特定空間周波數的黑白間隔測試??臻g周波數是指1mm的距離濃淡變化的程度。 圖一所示,黑白矩陣波,黑白的對比度為100%.這個對象被鏡頭攝影后,成像的對比度的變化被定量化?;旧?,不管什么鏡頭,都會出現對比度降低的情況。最終對比度降低至0%。,不能進行顏色的區別。


           

          圖2、3 顯示了物體側與成像側的空間周波數的變化。橫軸表示空間周波數,縱軸表示亮度。物體側與成像側的對比度由A、B計算出來。MTF由A,B的比率計算出來。

           
           

          接下來,是解析度和MTF的關系。解析度是表示可以識別出的2個點之間分開距離的間隔大小。一般,根據解析度的數值來判斷鏡頭好壞的情況比較多。實際上,MTF和解析度的關系很大。參考了圖4后,相信解析度和MTF的關系就可以明白。
          圖4是2支性能不同的鏡頭的MTF曲線圖。鏡頭a的極限解析度較低,在低空間頻率時,對比度性能較好。鏡頭b的極限解析度較高,在低空間頻率時,對比度性能較差。
          就像剛才所說得,因為通常在低頻率時,對比度可以比較好的體現出來,當MTF接近100%的高頻率時對比度會變得不清晰。如超過極限解像力的頻率,對比度將消失,圖像這邊的對比度會變成無法區分黑色的灰色。而實際上,因為鏡頭有像差,在達到極限解像力前,就會失去對比度。一般情況下,閾值被設為0.1。以此為前提再看圖4時,可以確定以下的事情。
          MTF表中,在I附近的低頻率領域內,驗證是鏡頭a比較好,II附近的高頻率領域內,鏡頭b的性能比較好。
          通過以上的內容可以判斷出,鏡頭b雖然從鏡頭的基本性能(極限解析度)的角度出發,被認為性能較好??墒歉鶕褂梅降氖褂铆h境,片面的僅以解析度來判斷鏡頭的好壞是不可取的。


           
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