鏡頭的基礎(chǔ)知識(shí)

鏡頭的基礎(chǔ)知識(shí)

鏡頭是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的重要組成部分。鏡頭由多個(gè)鏡片和光圈/調(diào)焦裝置構(gòu)成。根據(jù)監(jiān)視畫(huà)面進(jìn)行光圈調(diào)整和調(diào)焦，可以得到“明亮、清晰”的圖像。（有些鏡頭的調(diào)整裝置是固定的）在了解了選擇鏡頭的基礎(chǔ)知識(shí)后，可以拍攝出視野適宜、圖像整體聚焦良好、目標(biāo)物和背景對(duì)比度俱佳的清晰圖像。本小章將重點(diǎn)講解鏡頭基礎(chǔ)知識(shí)，產(chǎn)品種類(lèi)等。鏡頭的基礎(chǔ)知識(shí)

鏡頭一般由光學(xué)系統(tǒng)和機(jī)械裝置組成,有些也集成了自動(dòng)調(diào)光圈、自動(dòng)調(diào)焦或感測(cè)光強(qiáng)度等功能的電子器件。鏡頭按焦距大小可以分為長(zhǎng)焦鏡頭、標(biāo)準(zhǔn)鏡頭、廣角鏡頭等，按用途通?？梢苑譃榘卜烙苗R頭（CCTVlens）、工業(yè)自動(dòng)化鏡頭（FAlens），廣播級(jí)別的鏡頭（Broadcastlens），高清晰電視用鏡頭（HDlens），機(jī)器視覺(jué)行業(yè)內(nèi)通常有定倍鏡頭（Fixed-maglens）、變焦鏡頭（Zoom鏡頭）、遠(yuǎn)心鏡頭（Telecentriclens）、線掃描鏡頭（LineScanlens）等稱(chēng)謂，當(dāng)然，這些分類(lèi)并沒(méi)有嚴(yán)格的劃分界線。鏡頭的的基本參數(shù)包括焦距、光圈、景深和工作距離等，下面我們將詳細(xì)介紹。

鏡頭的焦距

主焦點(diǎn)到透鏡光心的距離，稱(chēng)為光學(xué)系統(tǒng)焦距。焦距是鏡頭的重要參數(shù)之一，視覺(jué)上常用的鏡頭焦距有8mm、12mm、16mm、25mm、35mm、50mm、75mm等等，焦距決定了像和實(shí)際物體的比例，同樣的物距，焦距越?。灰曇霸綇V，焦距越大，視野越窄，如圖4.1所示。

鏡頭的光圈和f值

光圈簡(jiǎn)單的說(shuō)就是控制鏡頭通光孔徑大小的部件，通光孔徑越大，通光量越多；通光孔徑越小，通光量越小。f值是表示光圈的大小，光圈f值=鏡頭焦距/鏡頭通光孔直徑，通光孔直徑越大f值越小，通光量越大；通光孔直徑越小f值越大，通光量越小，如圖4.2所示。f值大f值居中f值小鏡頭光圈示意1、鏡頭的景深

在聚完焦后，在焦點(diǎn)前后范圍內(nèi)都能形成清晰的圖像，這一前一后的范圍，就是景深。景深大小與鏡頭光圈鏡頭焦距有關(guān)，光圈越大，景深越??；光圈越小，景深越大。焦距越長(zhǎng)，景深越小；焦距越短，景深越大，如圖所示。鏡頭景深示意2、鏡頭的工作距離和視野

工作距離（WD）：清晰對(duì)焦后，鏡頭到被檢測(cè)物體的距離。

視野（FOV）：清晰對(duì)焦后，相機(jī)所能拍照到的大小，如圖所示。鏡頭視野示意圖

3、視覺(jué)檢測(cè)像素精度的計(jì)算公式

單像素精度=FOV(X方向)/（相機(jī)芯片上X方向像素個(gè)數(shù)）=FOV(Y方向)/（相機(jī)芯片上Y方向像素個(gè)數(shù)）

例如：500像素相機(jī)分辨率2594*1944，視野是100mm*80mm，那么單個(gè)像素對(duì)應(yīng)的精度就是0.04mm。4、鏡頭的畸變及畸變校正

光學(xué)透鏡固有的透視失真的總稱(chēng)，也就是因?yàn)橥敢曉蛟斐傻氖д?，這種失真是透鏡的固有特性造成（凸透鏡匯聚光線、凹透鏡發(fā)散光線），所以無(wú)法消除，只能改善，典型的是枕形失真和桶形失真。鏡頭畸變示意4、鏡頭的畸變及畸變校正

枕型失真是鏡頭引起的畫(huà)面向中間“收縮”的現(xiàn)象，當(dāng)使用長(zhǎng)焦鏡頭或使用變焦鏡頭的長(zhǎng)焦端時(shí)出現(xiàn)；桶形失真是鏡頭中透鏡物理性能以及鏡片組結(jié)構(gòu)引起的成像畫(huà)面呈桶形膨脹狀的失真現(xiàn)象，當(dāng)使用廣角鏡頭或使用變焦鏡頭的廣角端時(shí)出現(xiàn)，可以通過(guò)標(biāo)定來(lái)進(jìn)行畸變矯正。5、鏡頭接口

工業(yè)相機(jī)接口主要分螺口和卡口，螺口主要有0.75（M42、M58、M72）、C口，CS口，卡口主要有F口。一般情況下，C接口鏡頭可以接C接口相機(jī)，CS接口鏡頭可以接CS接口相機(jī)，當(dāng)C接口鏡頭要接CS接口相機(jī)時(shí)需要外加接圈，如圖所示。鏡頭接口示意6、鏡頭選型

在選擇鏡頭時(shí)，視野、焦距、焦點(diǎn)、失真等都是需要考慮的因素，鏡頭可支持的芯片尺寸應(yīng)大于或等于選配相機(jī)的芯片尺寸，鏡頭焦距f，視場(chǎng)大小，工作距離，光學(xué)倍率計(jì)算如下：f=工作距離（WD）*芯片尺寸（VorH）/FOV(VorH)；FOV（VorH）=工作距離（WD）*芯片尺寸（VorH）/焦距f；工作距離（WD）=f*芯片尺寸（VorH）/FOV(VorH)；光學(xué)倍率=芯片尺寸（VorH）/FOV(VorH)；相機(jī)像素（VorH）=FOV(VorH)/精度/2；

例如：視野FOV要求40*30mm，精度0.02，WD50mm，可以選擇500萬(wàn)的相機(jī)，芯片尺寸6.4*4.8mm據(jù)公式可知f=8mm，選擇焦距8mm的鏡頭。7、鏡頭文檔和手冊(cè)解讀

下面以視覺(jué)龍VDL鏡頭為例介紹。選型解讀表

編號(hào)項(xiàng)目符號(hào)規(guī)格（1）鏡頭種類(lèi)A/L面陣/線陣（2）鏡頭接口CC口鏡頭CSCS口鏡頭FF口鏡頭EFEF卡口M72M72口鏡頭續(xù)表-選型解讀表

編號(hào)項(xiàng)目符號(hào)規(guī)格（1）鏡頭種類(lèi)A/L面陣/線陣（3）焦距/倍率055mm焦距fa鏡頭088mm焦距fa鏡頭1212mm焦距fa鏡頭1616mm焦距fa鏡頭2525mm焦距fa鏡頭3535mm焦距fa鏡頭5050mm焦距fa鏡頭7575mm焦距fa鏡頭續(xù)表-選型解讀表

編號(hào)項(xiàng)目符號(hào)規(guī)格（1）鏡頭種類(lèi)A/L面陣/線陣（4）光圈/工作距離14最大光圈為F=1.4的fa鏡頭18最大光圈為F=1.8的fa鏡頭20最大光圈為F=2.0的fa鏡頭28最大光圈為F=3.4的fa鏡頭65工作距離為65的遠(yuǎn)心鏡頭110工作距離為110的遠(yuǎn)心鏡頭（1）1.1英寸千萬(wàn)像素定焦VD鏡頭

最佳成像質(zhì)量，支持1000萬(wàn)像素相機(jī)，低照度大通光孔徑，TV畸變小于1%，聚焦范圍從0.1M到無(wú)窮遠(yuǎn)，高相對(duì)照度。如VDLF-C0614-4：

鏡頭尺寸示意（VDLF-C0614-4）（2）2/3英寸定焦VD鏡頭

最佳成像質(zhì)量，支持500萬(wàn)像素相機(jī)，低照度大通光孔徑，TV畸變小于1%，聚焦范圍從0.1M到無(wú)窮遠(yuǎn)，高相對(duì)照度，如VDLF-C0814-2：鏡頭尺寸示意（VDLF-C0814-2）如需要詳細(xì)的視覺(jué)龍VDL鏡頭的選型資料請(qǐng)用微信掃右面二維碼。1、鏡頭的焦距和光圈分別與景深的關(guān)系光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大。焦距越長(zhǎng)，景深越小；焦距越短，景深越大。3、選用焦距

f=162、鏡頭的選型注意事項(xiàng)焦距、失真，鏡頭可支持的芯片尺寸應(yīng)大于或等于選配相機(jī)的芯片尺寸，鏡頭焦距f，視場(chǎng)大小，工作距離。小結(jié)

本章主要介紹了鏡頭的焦距、光圈等參數(shù)，要重點(diǎn)了解光圈與景深的關(guān)系，還要掌握鏡頭的選型以及倍率和精度的算法；除此之外，還介紹了鏡頭接口的不同如何與相機(jī)搭配，鏡頭本身物理屬性畸變的種類(lèi)和形成原因等關(guān)于鏡頭的基礎(chǔ)知識(shí)。鏡頭的焦距和光圈分別與景深有何關(guān)系？鏡頭的選型注意事項(xiàng)有哪些？已知產(chǎn)品大小25*40，使用500W相機(jī)（芯片尺寸6.4*4.8mm），工作距離在100mm~150mm之間，請(qǐng)問(wèn)該選用焦距為多少？習(xí)題與思考空態(tài)AsBuilt靜態(tài)AtRest動(dòng)態(tài)OnOperation設(shè)施已經(jīng)建成，所有動(dòng)力接通并運(yùn)行，但無(wú)生產(chǎn)設(shè)備，物料及人員。設(shè)施已經(jīng)建成，生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)安裝并被認(rèn)可，在無(wú)人員狀態(tài)運(yùn)行。設(shè)施以規(guī)定的狀態(tài)運(yùn)行，有規(guī)定人員在場(chǎng)，并在商定的狀態(tài)下進(jìn)行工作。4、潔凈室——潔凈度級(jí)別的狀態(tài)第一節(jié)空氣潔凈原理潔凈度級(jí)別懸浮粒子最大允許數(shù)/立方米靜態(tài)動(dòng)態(tài)(3)≥0.5μm≥5μm(2)≥0.5μm≥5μmA級(jí)(1)352020352020

B級(jí)3520293520002900C級(jí)3520002900352000029000D級(jí)352000029000不作規(guī)定不作規(guī)定4、潔凈室——空氣潔凈度第一節(jié)空氣潔凈原理氣流不斷稀釋室內(nèi)空氣，把室內(nèi)污染逐漸排出，達(dá)到平衡。加快室內(nèi)空氣的擴(kuò)散是保證稀釋作用的關(guān)鍵。5、非單向流潔凈室——基本原理第一節(jié)空氣潔凈原理1、頂送下回2、頂送下側(cè)回3、頂送頂回4、側(cè)送下側(cè)回5、雙側(cè)斜送

下側(cè)回6、單側(cè)斜送

下側(cè)回頂送下回是最好的、最理想的方式，其氣流流動(dòng)方向與灰塵沉降的方向是一致的，有利對(duì)灰塵的凈化。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高。省去了下回風(fēng)地下夾層(或地溝)是目前工程應(yīng)用最多、最廣泛的回風(fēng)方式，也是亂流潔凈室工程中首選的回風(fēng)方式，但是這種回風(fēng)方式同樣存在影響生產(chǎn)工藝設(shè)備流水線的布置，阻擋回風(fēng)口等缺陷。不是一種理想的送回風(fēng)方式，容易產(chǎn)生送回風(fēng)短路而且對(duì)大粒子灰塵也不易排除。但這種回風(fēng)方式具有省投資、省空間、方便生產(chǎn)流水線的自由布置等優(yōu)點(diǎn)。5、非單向流潔凈室第一節(jié)空氣潔凈原理氣流以均勻的截面速度，沿著平行流線以單一方向在整個(gè)室截面上通過(guò)的潔凈室，氣流產(chǎn)生類(lèi)似“活塞”的擠壓作用，迅速把室內(nèi)污染排出。A.側(cè)送側(cè)回-水平單向流單向流潔凈室B.上送下回-垂直單向流6、單向流潔凈室——基本原理第一節(jié)空氣潔凈原理通過(guò)流線不交叉的氣流斜推作用，將室內(nèi)空氣排至室外，達(dá)到凈化室內(nèi)空氣的目的。扇形、半球形、半圓柱形從上部送風(fēng)，對(duì)側(cè)下回風(fēng)。氣流分布和成本介于單向流和非單向流之間；效果接近單向流。結(jié)構(gòu)形式工作特點(diǎn)工作原理7、矢流潔凈室第一節(jié)空氣潔凈原理1、除塵設(shè)備概述從氣體中除去或收集固態(tài)或液態(tài)粒子的設(shè)備重力除塵裝置慣性力除塵裝置

離心力除塵裝置

洗滌式除塵裝置

過(guò)濾式除塵裝置

電除塵裝置

聲波除塵裝置除塵設(shè)備分類(lèi)重力除塵器是借助粉塵的重力沉降，將粉塵從氣體中分離出來(lái)的設(shè)備慣性除塵器是使含塵氣體與擋板撞擊或者急劇改變氣流方向，利用慣性力分離并捕集粉塵的除塵設(shè)備離心力除塵器是利用氣流在旋渦運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的離心力以清除氣流中塵粒的設(shè)備洗滌式除塵器是利用含塵氣流與水或某種液體密切接觸，使塵粒從氣流中分離出來(lái)的裝置。過(guò)濾式除塵器是利用多孔性介質(zhì)的過(guò)濾作用捕集含塵氣體中的粉塵的裝置電除塵器是利用電場(chǎng)的作用清除氣體中的固體或液體粒子的除塵裝置是在聲波振動(dòng)下，引起塵粒共振，使塵粒之間相互碰撞，凝聚為較大顆粒而沉降下來(lái)，達(dá)到除塵的目的。第二節(jié)除塵原理及設(shè)備1、除塵設(shè)備概述第二節(jié)除塵原理及設(shè)備重力除塵過(guò)程重力除塵的特點(diǎn)氣流進(jìn)入重力沉降室后，流動(dòng)截面積擴(kuò)大，流速降低，較重顆粒在重力作用下緩慢向灰斗沉降。有層流式和湍流式兩種。

具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，壓力損失小的特點(diǎn)，維修管理容易，且可以處理高溫氣體。但體積大，效率低，一般只作為高效除塵裝置的預(yù)除塵裝置，來(lái)除去較大和較重的粒子。1、除塵設(shè)備概述——重力沉降室第二節(jié)除塵原理及設(shè)備1、除塵設(shè)備概述——慣性力除塵器慣性除塵器分類(lèi)慣性除塵原理沉降室內(nèi)設(shè)置各種形式的擋板，含塵氣流沖擊在擋板上，氣流方向發(fā)生急劇轉(zhuǎn)變，借助塵粒本身的慣性力作用，使其與氣流分離。又稱(chēng)惰性除塵。分為碰撞式和回轉(zhuǎn)式兩種。前者是沿氣流方向裝設(shè)一道或多道擋板，含塵氣體碰撞到擋板上使塵粒從氣體中分離出來(lái)。顯然，氣體在撞到擋板之前速度越高，碰撞后越低，則攜帶的粉塵越少，除塵效率越高。后者是使含塵氣體多次改變方向，在轉(zhuǎn)向過(guò)程中把粉塵分離出來(lái)。氣體轉(zhuǎn)向的曲率半徑越小。轉(zhuǎn)向速度越多，則除塵效率越高。可分擔(dān)系統(tǒng)的阻力，而且潔凈室需定期進(jìn)行滅菌消毒，在新風(fēng)、排風(fēng)管道設(shè)計(jì)合理時(shí)，調(diào)整相應(yīng)的閥門(mén)，使系統(tǒng)按直流系統(tǒng)運(yùn)行，便可迅速帶走潔凈室內(nèi)殘留的刺激性氣體。1、集中式凈化空調(diào)系統(tǒng)（2）雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)第三節(jié)凈化空調(diào)系統(tǒng)為了節(jié)省投資和運(yùn)行費(fèi)，可將空調(diào)和凈化分開(kāi)，空調(diào)處理風(fēng)量用小型風(fēng)機(jī)，凈化處理風(fēng)量用大型風(fēng)機(jī)，然后將兩臺(tái)風(fēng)機(jī)再串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成風(fēng)機(jī)串聯(lián)的送風(fēng)系統(tǒng)。1、集中式凈化空調(diào)系統(tǒng)（3）風(fēng)機(jī)串聯(lián)系統(tǒng)第三節(jié)凈化空調(diào)系統(tǒng)當(dāng)一個(gè)空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)布置多套凈化空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，可將幾套系統(tǒng)并聯(lián)，并聯(lián)系統(tǒng)可公用一套新風(fēng)機(jī)組，同時(shí)，并聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)行管理比較靈活，幾臺(tái)空調(diào)設(shè)備還可以互為備用以便檢修。1、集中式凈化空調(diào)系統(tǒng)（4）風(fēng)機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)第三節(jié)凈化空調(diào)系統(tǒng)2、分散式凈化空調(diào)系統(tǒng)（1）在集中空調(diào)的環(huán)境中設(shè)置局部?jī)艋b置室內(nèi)設(shè)置凈化工作臺(tái)；(a)室內(nèi)設(shè)置空氣自凈器；(b)層流罩；(c)室內(nèi)設(shè)置潔凈小室；(d)走廊或套間設(shè)置空氣自凈器；(e)送風(fēng)增設(shè)高效過(guò)濾器送風(fēng)機(jī)組(f)第三節(jié)凈化空調(diào)系統(tǒng)柜式空調(diào)器與高效過(guò)濾器風(fēng)機(jī)機(jī)組；(a)柜式空調(diào)器與高效過(guò)濾器送風(fēng)口；(b)柜式凈化空調(diào)器；(c)柜式空調(diào)器與潔凈小室(d)2、分散式凈化空調(diào)系統(tǒng)（2）在分散式柜式空調(diào)送風(fēng)的環(huán)境中設(shè)置局部?jī)艋b置第三節(jié)凈化空調(diào)系統(tǒng)2、分散式凈化空調(diào)系統(tǒng)（3）凈化空調(diào)系統(tǒng)比較第三節(jié)凈化空調(diào)系統(tǒng)

物料傳遞窗

空氣自凈器層流罩潔凈工作臺(tái)空氣過(guò)濾器空氣吹淋室凈化設(shè)備第四節(jié)凈化設(shè)備及其應(yīng)用1、空氣過(guò)濾器第四節(jié)凈化設(shè)備及其應(yīng)用2、空氣吹淋室空氣吹淋室是人凈或物凈時(shí)的凈化設(shè)備，它是利用高速（≥25m/s）的潔凈氣流吹落并清除擬進(jìn)入潔凈室、人身服裝和物料表面上附著粒子的凈化小室。按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)：通道式；小室式按作用方式分類(lèi)：噴嘴型；條縫型第四節(jié)凈化設(shè)備及其應(yīng)用

潔凈工作臺(tái)是指在操作臺(tái)的局部空間形成無(wú)菌無(wú)塵狀態(tài)的局部?jī)艋b置3、潔凈工作臺(tái)第四節(jié)凈化設(shè)備及其應(yīng)用1、交通數(shù)據(jù)交通規(guī)劃原理42交通量交通量的定義也稱(chēng)為交通流量，是指在單位時(shí)間內(nèi)，通過(guò)道路某一地點(diǎn)、某一斷面或某一條車(chē)道的交通實(shí)體數(shù)。按交通類(lèi)型分，有機(jī)動(dòng)車(chē)交通量、非機(jī)動(dòng)車(chē)交通量和行人交通量，一般不加說(shuō)明則指機(jī)動(dòng)車(chē)交通量，且指來(lái)往兩個(gè)方向的車(chē)輛數(shù)。交通量是一個(gè)隨機(jī)數(shù)，不同時(shí)間、不同地點(diǎn)的交通量都有變化的。1、交通數(shù)據(jù)交通規(guī)劃原理43交通量交通量的表達(dá)交通量時(shí)刻在變化，通常取某一時(shí)段內(nèi)的平均值作為該時(shí)段的代表交通量。年平均日交通量（AADT）月平均日交通量（MADT）周平均日交通量（WADT）年平均日交通量（AADT）在城市道路與交通工程中是一項(xiàng)極其重要的控制性指標(biāo)，用作道路交通設(shè)施規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理等的依據(jù)。1、交通數(shù)據(jù)交通規(guī)劃原理44交通量交通量的表達(dá)高峰小時(shí)交通量：一天24小時(shí)中，交通量最大的那個(gè)小時(shí)的交通量稱(chēng)為高峰小時(shí)交通量。高峰小時(shí)流量比：高峰小時(shí)交通量占該天全天交通量之比稱(chēng)為高峰小時(shí)流量比（以%表示）。高峰小時(shí)系數(shù)PHF：高峰小時(shí)交通量與高峰小時(shí)內(nèi)某一時(shí)段交通量擴(kuò)大為高峰小時(shí)后的交通量之比。1、交通數(shù)據(jù)交通規(guī)劃原理45交通量交通量的表達(dá)高峰小時(shí)系數(shù)一般t=5min,6min,10min或15min;PHF<1;PHF越接近1，說(shuō)明變化越平緩；PHF越小，說(shuō)明峰值越明顯。交通（流）量與交通流率交通流率是指將不足一個(gè)小時(shí)觀測(cè)所得的交通量換算成一個(gè)小時(shí)所得的交通量。交通流率主要用于高峰小時(shí)內(nèi)流量的變換分析和對(duì)道路交通能力、服務(wù)水平等的評(píng)價(jià)。1、交通數(shù)據(jù)交通規(guī)劃原理46速度速度基本定義地點(diǎn)車(chē)速（Spotspeed）：也稱(chēng)為即時(shí)速度，指車(chē)輛通過(guò)道路某一地點(diǎn)（斷面）時(shí)的瞬時(shí)車(chē)速；行駛車(chē)速（Runningspeed）：車(chē)輛行駛在道路某一區(qū)間的距離與行駛時(shí)間（不包括停車(chē)時(shí)間）的比值；區(qū)間車(chē)速（Overallspeed）：也叫行程車(chē)速，車(chē)輛行駛路程與通過(guò)該路程所需的總時(shí)間（包括停車(chē)時(shí)間）之比。1、交通數(shù)據(jù)交通規(guī)劃原理47速度時(shí)間平均車(chē)速在觀測(cè)時(shí)間內(nèi)通過(guò)道路某斷面所有車(chē)輛地點(diǎn)車(chē)速的算術(shù)平均值，即為該斷面的時(shí)間平均車(chē)速，即：

式中：－時(shí)間平均車(chē)速（km/h）；

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