CCD工業相機、鏡頭倍率及相關引數計算方法 - 日間新聞

隨著自動化的日益劇增，CCD相機、鏡頭倍率被提上日程，許多小夥伴們開始被客戶問 ... 然後根據這兩個要求和已知的靶面尺寸計算出工業鏡頭的焦距(f)。

首頁>科技>act視覺系統設計2021-04-2017:30 CCD工業相機、鏡頭倍率及相關引數計算方法 隨著自動化的日益劇增，CCD相機、鏡頭倍率被提上日程，許多小夥伴們開始被客戶問到這個問題，大部分無法很好的回答客戶的問題，形成CCD相機、鏡頭倍率如神一般的存在。

相信很多小夥伴們都查閱了各大網站和資料，看起來演算法很麻煩的樣子。

可能是基於這個英寸轉換問題和對自動化領域相對陌生的原因吧。

今天，測量工程師就和大家一起分享一下CCD相機、鏡頭倍率的演算法。

認識CCD結構：CCD相機+鏡頭 CCD晶片靶面尺寸 單位是：mm 如上圖，假設靶面尺寸是1/4”型號，則靶面對角線是4mm，目鏡鏡頭光學放大倍率是0.5X，顯示器尺寸為14英寸。

則顯示放大倍率=0.5*14*25.4/4=44.45X 假設物鏡放大到3X，那麼放大倍率=44.45*3=133.35X CCD專業名詞及型號選擇 首先，要確定工業相機的介面、靶面尺寸和解析度大小。

打比方是2/3"工業相機，C介面，500萬畫素；那麼我們可以先確定需要的工業鏡頭是C介面，最少支援2/3",500萬畫素以上。

其次，確定所要達到的視野範圍(FOV)和工作距離(WD)，然後根據這兩個要求和已知的靶面尺寸計算出工業鏡頭的焦距(f)。

其計算公式為： 焦距f＝工作距離(WD)×靶面尺寸(HorV)/視野範圍FOV(HorV) 視野範圍FOV(HorV)＝工作距離(WD)×靶面尺寸(HorV)/焦距f 視野範圍FOV(HorV)＝靶面尺寸(HorV)/光學倍率 工作距離WD=f(焦距）×靶面尺寸/視野範圍FOV(HorV) 光學倍率＝靶面尺寸(HorV)/視野範圍FOV(HorV) （H代表CCD靶面水平寬度，V代表CCD靶面垂直高度） 打比方視野是100*100mm,WD是500mm,先從工作距離確定工業鏡頭的焦距要在50mm以下,市場上工業鏡頭焦距一般是12mm,16mm,20mm,25mm,35mm,50mm,75mm。

再結合相機靶面的大小來確定是哪個型號，工業鏡頭的焦距越小，視場角就越大，視野也就相應的更大。

如果靶面為2/3"可以選擇35mm焦距的工業鏡頭；靶面1/2"則需要25mm焦距的工業鏡頭，或者更小，以此類推。

例如：CCD2/3″（長8.8mm×6.6mm），視場範圍（長64mm×48mm） 光學放大倍率=8.8/64=6.6/48=0.1375 工業相機與鏡頭解析度匹配關係 鏡頭的成像質量有它自己的一系列衡量指標，一般來說，相機的成像質量要和鏡頭的成像質量相對應，差異不能太大。

鏡頭再好，機身感測器的解析度上不去，其優質的取景能力也表現不出來;機身畫幅和解析度再高，鏡頭畫質不給力，也捕獲不到優秀的畫質。

一般在對工業相機與鏡頭選型時，在解析度匹配方面，為了方便記憶鏡頭與相機的匹配關係，人們常採用對應相機的解析度來命名鏡頭。

這種命名方式其實並不科學，同時給新接觸視覺系統的人帶來了很多誤解，經常會機械的套用百萬畫素解析度相機對應百萬畫素鏡頭，200萬畫素解析度相機對應200萬畫素鏡頭，而500萬畫素解析度相機則對應500畫素鏡頭。

其實鏡頭與相機對應的並不是相機自身的畫素解析度(畫素數)，而是各自的極限空間解析度(即傳遞函式MTF（MODULATIONTransferFunction）對應的空間截止頻率)。

（注：鏡頭的解析度指1mm內可以分辨的黑白對數，鏡頭的效能主要靠MTF曲線來判斷，越是平緩變化的曲線效能越好） MTF圖表 鏡頭的選型例項(已定相機選擇鏡頭) 已知客戶的鏡頭的尺寸是1/3,介面是CS介面，視野大小為12*10mm要求精度為0.02mm，則應該選用多大解析度相機？ 計算方法： (12/0.02)*(10/0.02)=30萬畫素，但是如果是缺陷檢測通常不會只用一個畫素表示一個精度，而是乘以3-4倍，即30*4=120萬畫素。

最低不少於120萬畫素。

已知客戶要求的系統解析度為0.06mm,像元（相機畫素尺寸）大小為4.7um，工作距離大於100mm，光源採用白色LED燈，那麼需要多少焦距的鏡頭？ 計算方法： 1）客戶如果沒有變焦要求，選擇定焦鏡頭就可以 2）如果帶有測量功能的儘量用畸變小的鏡頭或者遠心鏡頭 3）焦距計算 成像放大倍率M=4.7/(0.06*1000) f=L*M/(M+1) （注意：鏡頭的成像像面要大於等於CCD尺寸，鏡頭的介面和相機配合） 工業相機感測器尺寸大小 F=2.8mm鏡頭，拍攝距離為1~4米，拍攝角度為115° F=3.6mm拍攝距離為2~6米拍攝角度93° F=6mm拍攝距離為3~15米拍攝角度為53° F=8mm拍攝距離為4~20米拍攝角度為40° F=12mm拍攝距離為5~25米拍攝角度為25° F=16mm拍攝距離為5~30米拍攝角度為20° F=25mm拍攝距離為20~80米拍攝角度為15° 計算工業鏡頭視場範圍 視場的大小=(CCD格式大小)/(光學放大倍率) 例如:光學放大倍率＝0.8X，CCD1/2〃(長4.8mm×寬6.4mm)視場大小: 長＝4.8/0.8＝6(mm),寬＝6.4/0.8＝8(mm)。

鏡頭計算公式，Y=f*tanθy:像的大小f:焦距θ:半畫角，θ=2tan-1*y/2f，例:1/2寸攝像機配12.5mm鏡頭時畫面橫向的視場面是:θ=2tan-1*6.4/2*12.5=28.72。

以上為CCD相機及鏡頭的簡單介紹，要完全理解CCD，還需要去研究數值孔徑NA和F#，相機的精度（解析度（像元）、鏡頭的精度（解析度（艾利斑）、線陣相機、面陣相機、遠心鏡頭、景深等知識。

在此僅介紹光學倍率、焦距等計算及相關名詞的解釋。

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