CCD以及鏡頭入門

1、工業(yè)數(shù)字相機(jī)以及鏡頭工業(yè)數(shù)字相機(jī)以及鏡頭 入門知識(shí)入門知識(shí) 培訓(xùn)大綱培訓(xùn)大綱 鏡頭基本知識(shí)鏡頭基本知識(shí)2 3 光路計(jì)算光路計(jì)算 工業(yè)數(shù)字相機(jī)基本知識(shí)工業(yè)數(shù)字相機(jī)基本知識(shí)1 感光器件類型感光器件類型 工業(yè)數(shù)字相機(jī)基本知識(shí)工業(yè)數(shù)字相機(jī)基本知識(shí) 分為兩大類，CCD器件和CMOS器件 CCDCMOS 設(shè)計(jì) 單一感光器,集中統(tǒng)一放大每個(gè)感光器連接放大器 靈敏度 同樣面積下高,感光開(kāi)口小 靈敏度低 成本 線路品質(zhì)影響程度高，成本高 CMOS整合集成，成本低 解析度 連接復(fù)雜度低，解析度高 新技術(shù)解析度高 噪點(diǎn)比 單一放大，噪點(diǎn)低 放大器多,特性不同，噪點(diǎn)高 功耗比 需外加電壓，功耗高 直接放大，功耗低 按

2、用途分類按用途分類 工業(yè)數(shù)字相機(jī)基本知識(shí)工業(yè)數(shù)字相機(jī)基本知識(shí) 分為機(jī)器視覺(jué)相機(jī)和安防監(jiān)控相機(jī)兩大類 機(jī)器視覺(jué)安防監(jiān)控 觸發(fā)采集模式 含有觸發(fā)采集接口無(wú)觸發(fā)采集接口 分辨率從高到低都有，很豐富一般較低 程序接口 有完善的程序開(kāi)發(fā)庫(kù)，尤其對(duì) 圖像捕捉功能支持很齊全 一般只有連續(xù)視頻捕捉功能 價(jià)格貴很便宜 數(shù)據(jù)傳輸接口各種類型都有，USB，千兆以 太網(wǎng)，CameraLink，1394等等 目前以模擬接口為主，數(shù)字接口較少 按感光單元排列方法按感光單元排列方法 工業(yè)數(shù)字相機(jī)基本知識(shí)工業(yè)數(shù)字相機(jī)基本知識(shí) 分為線陣掃描相機(jī)和面陣掃描相機(jī) 線陣相機(jī)面陣相機(jī) 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在同等分辨率下成 本較低 結(jié)構(gòu)復(fù)

3、雜，在同等分辨率下成本較高 應(yīng)用場(chǎng)合勻速運(yùn)動(dòng)的的物體，例如工業(yè) 流水線, 可以是靜止，也可以運(yùn)動(dòng)， 分辨率 512/行,2k/行，4K/行640480，800600， 102476820481536或者更高 光源光源只需要一窄條，整個(gè)畫面 比較均勻，能在低照度下工作 整個(gè)面的光源較難做到均勻，照度要 求高， 彩色相機(jī)形式三線CCD，或者棱鏡分光彩色濾光膜，bayer算法 彩色形成方式彩色形成方式 工業(yè)數(shù)字相機(jī)基本知識(shí)工業(yè)數(shù)字相機(jī)基本知識(shí) 彩色覆膜+bayer算法 棱鏡分光方法 鏡頭外形鏡頭外形 鏡頭基本知識(shí)鏡頭基本知識(shí) 機(jī)器視覺(jué)常用定焦鏡頭，并且都 是手動(dòng)調(diào)整光圈，一般不允許自 動(dòng)調(diào)整光圈，鏡

4、頭上有調(diào)焦和調(diào) 光圈兩個(gè)環(huán)，為了防止誤碰動(dòng) ，工業(yè)鏡頭的兩個(gè)環(huán)都有鎖定螺 絲。 注意調(diào)焦環(huán)不是用來(lái)調(diào)整焦距， 而是調(diào)整像距，保證清晰圖像落 在焦平面上 常用鏡頭參數(shù)：焦距常用鏡頭參數(shù)：焦距 鏡頭基本知識(shí)鏡頭基本知識(shí) 焦距是鏡頭最常用的參數(shù)，我們包裝檢測(cè)系列產(chǎn)品 中使用的鏡頭有3.5mm,4mm,6mm,8mm,12mm等多種規(guī) 格(1/3”CCD的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭為8mm)。 除雜系列產(chǎn)品一般都使用28mm的廣角鏡頭(線掃描 相機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭大概是40mm左右)。 焦距越小的鏡頭越不好做，價(jià)格越高，邊緣變形等 問(wèn)題越大，所以盡量選用標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，性價(jià)比最高 常用鏡頭參數(shù)：光圈常用鏡頭參數(shù)：光圈 鏡頭基本知識(shí)

5、鏡頭基本知識(shí) 光圈是一個(gè)用來(lái)控制光線透過(guò)鏡頭，進(jìn)入機(jī)身內(nèi)感光面的光量的裝置 光圈f值=鏡頭的焦距/鏡頭口徑的直徑 根據(jù)公式，光圈f值愈小，在同一單位時(shí)間內(nèi)的進(jìn)光量便愈多 ，每級(jí) 光圈一般以倍數(shù)遞增，例如f8調(diào)整到f5.6 ，進(jìn)光量多一倍 光圈越小，景深越大光圈越小，景深越大 鏡頭基本知識(shí)鏡頭基本知識(shí) 增加景深的問(wèn)題增加景深的問(wèn)題 鏡頭基本知識(shí)鏡頭基本知識(shí) 在我們的產(chǎn)品里，往往要求加大景深，例如除雜機(jī) 里，煙葉不完全在同一個(gè)平面上，只有加大景深才 能讓不同距離上的煙葉都清晰。 加大景深只有通過(guò)縮小光圈來(lái)實(shí)現(xiàn)，而縮小光圈同 時(shí)會(huì)導(dǎo)致圖像變暗，這就要求照明亮度要提高 常用鏡頭參數(shù)：分辨率常用鏡頭參數(shù)

6、：分辨率 鏡頭基本知識(shí)鏡頭基本知識(shí) 鏡頭分辯率指的是在像平面處1毫米內(nèi)能分辨開(kāi)的黑白相間的線 條對(duì)數(shù)，單位是“ 線對(duì) / 毫米”。 條包檢測(cè)器上用computar MP0814-MP鏡頭，是百萬(wàn)象素級(jí)的鏡 頭,分辨率為100線對(duì)/mm，這個(gè)分辨率較高。其實(shí)除了視覺(jué)測(cè)量 ，其實(shí)我們的產(chǎn)品一般都不用這么高的分辨率 CCD的芯片的分辨率越高，要求的鏡頭的分辨率也越高 常用鏡頭參數(shù)：變形率常用鏡頭參數(shù)：變形率 鏡頭基本知識(shí)鏡頭基本知識(shí) 所有的鏡頭都存在有變形的現(xiàn)象。可以用一個(gè)網(wǎng)格線模板進(jìn)行測(cè)試， 一般情況下越是焦距短的鏡頭，越是變形率大。 變形率小于2%都是不錯(cuò)的鏡頭 變形率定義: 兩張底片比較，一張

7、是該鏡頭拍的底 片（底片1），另一張是無(wú)變形的標(biāo) 準(zhǔn)底片（底片2），兩張底片取景相 同，中心點(diǎn)嚴(yán)格一致，先在底片1上 確定一點(diǎn)到底片中心點(diǎn)的距離（距離 1），然后在底片2上找到對(duì)應(yīng)的該點(diǎn) 并量度該點(diǎn)到中心點(diǎn)的距離（距離2 ），然后: （距離1-距離2）/距離 2*100% C C接口和接口和CSCS接口接口 鏡頭基本知識(shí)鏡頭基本知識(shí) C接口:鏡頭基準(zhǔn)面到焦平面（也就是CCD靶面）17.526mm CS接口:鏡頭基準(zhǔn)面到焦平面（也就是CCD靶面）12.5mm 注意：機(jī)械設(shè)計(jì)如何確定焦平面(也就是CCD靶面)，一般就是從相機(jī)鏡 頭接口往后量12.5或者17.526mm(根據(jù)相機(jī)接口類型定) 如果C

8、S相機(jī)接口安裝C接口 鏡頭，必須加裝5mm厚的接 圈 CCDCCD成像基礎(chǔ)公式成像基礎(chǔ)公式 光路計(jì)算光路計(jì)算 1/u + 1/v = 1/f u:物距 v:像距 f: 焦距 CCD靶面靶面 鏡頭中鏡頭中 心點(diǎn)心點(diǎn) 目標(biāo)物體目標(biāo)物體 vu 視角視角 CCDCCD光路計(jì)算規(guī)律光路計(jì)算規(guī)律 光路計(jì)算光路計(jì)算 在我們的計(jì)算中，一般有如下規(guī)律 v ufuf: 物距一般遠(yuǎn)大于焦距，例如除雜機(jī)鏡頭焦 距28mm，物距在一米左右 v vfvf:由于uf 根據(jù)公式所以像距基本等于焦距， 事實(shí)上調(diào)焦的過(guò)程就是將像距微調(diào)，和焦距基本 相差不遠(yuǎn) v 鏡頭中心點(diǎn)的確認(rèn)鏡頭中心點(diǎn)的確認(rèn)：由于vf ，所以從CCD靶面 向前

9、焦距距離就是鏡頭中心點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)的確定對(duì) 我們光路作圖意義很大 視角和鏡頭中心點(diǎn)視角和鏡頭中心點(diǎn) 光路計(jì)算光路計(jì)算 CCD靶面 鏡頭中心點(diǎn) v 視角 視角2arctag(CCD靶面尺寸/2v ) 由于vf，所以視角 2arctag(CCD靶面尺寸/2f ) 鏡頭中心點(diǎn)的位置大致就在靶面向前f的距離上 視場(chǎng) 范圍 u v 視角和鏡頭以及CCD尺寸均相關(guān) 1/3”CCD視角 v 標(biāo)準(zhǔn)鏡頭是指和人眼有效視角差不多的 鏡頭（大約30），1/3”CCD的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭 是8mm,1/2”CCD的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭是12mm。以前 35mm膠卷的照相機(jī)標(biāo)準(zhǔn)鏡頭是50mm,除雜 機(jī)用的線陣相機(jī)標(biāo)準(zhǔn)鏡頭大致為40mm,標(biāo) 準(zhǔn)鏡

10、頭比較容易制造，性價(jià)比較高 視角的進(jìn)一步知識(shí)視角的進(jìn)一步知識(shí) 光路計(jì)算光路計(jì)算 2.8mm3.5mm4mm4.8mm6mm8mm 86.367.46252.242.332.6 光路作圖步驟一光路作圖步驟一 光路計(jì)算光路計(jì)算 CCD靶面 鏡頭中心點(diǎn) f 1、查CCD手冊(cè)得到靶面尺寸和位置，并在CAD圖上畫出靶面的 位置 2、從靶面向前f（鏡頭的焦距，例如35mm）找到鏡頭中心點(diǎn) 3、連線即可得到CCD的視野范圍 4、如果視野不滿足要求，可通過(guò)更換不同焦距的鏡頭來(lái)達(dá)成 目標(biāo) 光路作圖步驟二光路作圖步驟二 光路計(jì)算光路計(jì)算 1、如果視頻柜空間不夠，可以采用反光鏡來(lái)調(diào)整相機(jī)實(shí)際位置,作圖時(shí)以反光 鏡為中軸做鏡像映射即可 2、鏡子的兩端應(yīng)該超出視角線兩段