光学基础知识-光学计算
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光学基础知识-光学计算

小施 2021-01-04 9142 0


可以使用简单的公式来计算合适的光学元件。然而,由于以简单的镜头系统为基础,因此计算出的结果仅代表近似值。然而,实际上,要使4-7个镜头(组)交互作用,以使图像尽可能没有错误。然而,简单的计算在大多数时间都足够精确,以便根据像场计算出校正到几毫米或几厘米的工作距离。

用于计算的最重要参数是像场,传感器尺寸,光学元件的工作距离和焦距。但是,前两个值主要由应用程序定义,因此仅必须计算特定焦距的工作距离,反之亦然。

图像尺寸y´-传感器尺寸

图像y'的大小由相机传感器定义,即,大部分时间都不必计算。度量单位大多以英寸为单位,但是,它们不是实际的英寸值,而是等效于具有1英寸玻璃管外径的历史性电子管摄像机。

  1. 1/1英寸9,6毫米×12,8毫米16,0毫米(对角线)

  2. 2/3英寸6,6毫米×8.8毫米11,0毫米

  3. 1 / 1,8英寸5,1毫米×6, 8毫米8.5毫米

  4. 1/2英寸4.8毫米×6.4毫米8.0毫米

  5. 1/3英寸3.6毫米×4.8毫米6.0毫米

  6. y´= y * f´/(af´)

物件尺寸y-物件栏位

物体尺寸G通常是必须通过摄像机查看的要检测的范围。这个值通常也是预定义和已知的,毕竟这是我们的测试对象,周围有一点点环境。

焦距f´-“镜头类型”

焦距以毫米为单位,是镜头的光学中心与焦点之间的距离。所有平行入射的光线在此点相交。光学器件的焦距取决于透镜的光焦度。焦距f´实际上是用来计算所需的镜头,因此是表征以远心为标准的镜头的最重要的规格。焦距值越大,其远摄性能越大,小的焦距代表广角镜和鱼眼镜头。通常,短焦距的镜头比长焦距的镜头倾向于具有更强的畸变,但是,它们的光强度更大,结构更紧凑。通常建议在较大工作距离的情况下使用更长的焦距工作。

可在“服务”区域中找到“焦距计算”和其他值的在线向导。f'= a /(y / y´+1)

例:当使用1/2“传感器和300 mm工作距离时,需要哪个焦距才能捕获150 mm的像场?

y´= 6.4 mm

y = 150 mm

a = 300 mm

f'= 300 /(150 / 6,4 +1)= 12.3毫米

焦距f'为12.3mm。实际上,生产和销售焦距为12 mm或12.5 mm的镜头。此外,重要的是要确保透镜满足传感器的质量要求(标准光学器件,百万像素透镜,色彩校正的光学器件等),以及透镜是否能够曝光传感器的整个尺寸。例如,根据设计的不同,C型安装镜头可在最大1/2“,2/3”或1“传感器上曝光。如果光学器件的最大像圈直径小于传感器的最大像圈直径,页边上会出现强烈的图像阴影。

物距a-工作距离

物距是指物(被检部位)与光学透镜组的中心之间的距离。不幸的是,如果不详细了解镜头设计,就无法计算出物体与镜头前边缘之间的自由工作距离,但是大多数情况下,距离要低2到3厘米。

可在“服务”区域中找到用于“计算工作距离”的在线向导。a = f'*(y / y´+1)

例:为了在1/3英寸相机上使用16毫米镜头捕获100毫米物体,需要哪个工作距离?

y´= 4.8毫米

y = 100毫米

f'= 16毫米

a = 16毫米*(100毫米/ 4.8毫米+1)

a = 350毫米

图像比例β

通常,远心测量镜头或微距镜头没有焦距,这将用于计算和选择光学元件。这些镜头类型的特征在于像比例β(β)。可以很容易地计算出来。

可在“服务”区域中找到用于“图像比例计算”的在线向导。ß= y´/ y

例:远心镜头的像标尺β= 0.1。分数相当于1/10。因此,具有1/2英寸传感器且尺寸为6.4 x 4.8毫米的相机可捕获64 x 48毫米的物体。如果在1/3英寸相机上使用同一镜头,则只能拍摄48 x 36毫米的物体。检查。

孔径角2w

偏心镜片具有固定的光圈角。因此,可以通过增加或减少工作距离来增加或减少要观察的物场。在“服务”区域中可以找到“孔径角”的在线向导。2w = 2 * arctan(y´/ 2 * 1 / f')(以rad为单位)如果孔径角很大,通常必须预期光学元件的强烈变形。因此,建议在许多应用中使用较大焦距的镜头并增加工作距离,以最大程度地减少透视(测量)误差。

另一方面,超广角光学元件(鱼眼镜头和内窥镜)可用于解决特殊的检查任务。在工作距离较小的情况下,可以用这种方法检查零件的侧面,埋头孔或孔。

 



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