광학 렌즈 물리적 매개 변수

1.1 배율 (x)

광학의 배율 X는 이미지 크기 (h ') 대 객체 크기 (h)의 비율을 설명하는 데 사용됩니다.

x = h '/h

일반적으로 산업용 카메라가있는 카메라로 이미징 할 때 이미지 크기는 카메라 칩의 물리적 크기 (H*V)입니다.

h = 칩의 수평 셀 수 * 픽셀의 측면 길이

v = 칩의 수직 셀 수 * 픽셀의 측면 길이

물체 크기 (H*V)는 카메라 이미징이있는 전체 렌즈의 시야 (FOV)입니다.

H = H/X

v = v/x

일반 산업용 렌즈에는 일반 산업 렌즈가 다른 작업 거리에서 사용될 때 배율이 다르기 때문에 일반 산업 렌즈는 배율 계수가 없습니다. 현재 렌즈의 초점 길이 (F)와 렌즈의 작업 거리 (WD)를 계산해야합니다. .

작업 거리 WD, 배율 (X) 및 초점 길이 (F) 사이의 유용한 관계는 다음과 같습니다. WD = F (X-1)/X

1.2 초점 거리 (F)

초점 길이라고도하는 초점 길이는 광학 시스템에서 빛의 농도 또는 발산의 척도이며, 렌즈 중심에서 빛 수집의 초점까지의 거리를 나타냅니다. 또한 렌즈의 광학 중심에서 카메라의 CCD 또는 CMO와 같은 이미징 평면까지의 거리입니다. 초점 길이가 짧은 광학 시스템은 긴 초점 길이 광학 시스템보다 빛을 수집하는 능력이 향상됩니다.

일반 산업 렌즈에는 고정 초점 길이 매개 변수가 있으며 렌즈의 가장 중요한 지표입니다.

업계에서 일반적으로 사용되는 초점 길이의 유형은 다음과 같습니다. 사용된. 계산 방법은 위와 같습니다.

초점 길이, 다른 물체 거리 및 동일한 카메라가 동일한 시야로 나타날 수 있습니다. 이 경우 선택하는 방법은 무엇입니까?

일반적으로 작은 물체 상태에서 초점 길이가 작은 이미징 방법을 사용하는 것이 좋습니다. 이 방법으로 인해 그림은 비교적 큰 물리적 왜곡을 갖게됩니다.

1.3 피사계 심도 (DOF)

Field 심도 (DOF)는 초점을 맞출 때 가장 가까운 위치와 객체의 가장 먼 위치 사이의 범위입니다.

피사계 심도의 대략적인 추정치는 다음과 같은 공식으로 제공됩니다.

DOF [mm] = wf/#? p [μm]? k/m^2

여기서 P는 센서의 픽셀 크기이고, M은 렌즈 배율이고, K는 특정 응용 프로그램에 따라 차원없는 매개 변수입니다.

상기 공식에서 볼 수 있듯이, 렌즈 심도는 조리개와 밀접한 관련이 있으며, 렌즈 심도는 F#에 직접 비례합니다. 렌즈의 빛이 상대적으로 적을 때는 상대적으로 큰 피사계 심도를 가질 것임을 알 수 있습니다. , 그 반대도 마찬가지입니다.

1.4 해상도

해상도는 렌즈 이미징의 선명도를 측정하는 중요한 매개 변수입니다.

일반적으로 해상도는 주파수에 의해 결정되며 주파수는 밀리미터 (lp/mm) 당 로그에 의해 측정되지만 렌즈의 해상도는 절대 값이 아닙니다. 교대 흑백 사각형의 관계는 종종 라인 쌍이라고합니다. 주어진 해상도에서 두 개의 사각형을 별도의 엔티티로 표시하는 기능은 회색 레벨에 따라 다릅니다. 사각형과 공간 사이의 회색 거리가 클수록 (아래 그림과 같이) 사각형을 구속하는 능력이 강해집니다. 이 회색 분리를 대비 (지정된 주파수)라고합니다. 주어진 공간 주파수는 LP/mm입니다. 따라서 렌즈를 비교하고 주어진 센서 및 응용 프로그램에 대한 최상의 선택을 결정할 때 LP/MM의 해상도를 계산하는 것이 유용합니다.

센서는 시스템 해상도를 계산하기위한 시작점입니다. 센서에서 시작하여 센서 또는 기타 응용 프로그램의 요구를 충족시키는 데 필요한 렌즈 성능을 더 쉽게 결정하는 것이 더 쉽습니다. 센서가 해결할 수있는 가장 높은 주파수, Nyquist 주파수는 실제로 두 픽셀 또는 한 쌍의 선입니다.

다음 표는 일부 공통 센서에서 볼 수있는 픽셀 크기와 관련된 나이키주의 한계를 보여줍니다. 센서의 해상도 (이미지 공간 해상도)는 픽셀 크기 (μm)에 2 (쌍을 생성)에 1000으로 나누어 MM을 변환하여 계산할 수 있습니다.

센서 해상도 (LP/MM) = 이미지 공간 해상도 (LP/MM) = 1000/2 × 픽셀 크기 (μm)

더 큰 픽셀은 한계 해상도가 낮습니다. 더 작은 픽셀 센서는 더 높은 한계 해상도를 갖습니다. 센서 크기는 카메라 센서의 유효 영역의 크기를 말하며 일반적으로 센서 형식 크기로 지정됩니다. 그러나 정확한 센서 비율은 종횡비에 따라 달라지며 공칭 센서 형식은 특히 원격 중심 렌즈 및 고갈화 목표에 대해서만 가이드로만 사용해야합니다. 센서 크기는 픽셀 크기와 센서의 활성 픽셀 수에서 직접 계산할 수 있습니다.

수평 센서 크기 (mm) = [(수평 픽셀 크기, μm) × (활성 수평 픽셀 수)/1000 μm/mm

수직 센서 크기 (mm) = [(수직 픽셀 크기, μm) × (활성 수직 픽셀 수)/1000 μm/mm

일반적으로 렌즈 이미징에는 객체와 이미지가 있으며 렌즈의 해상도는 객체 해상도 및 이미지 해상도로 나뉩니다. 일반적으로 렌즈와 카메라 매칭은 이미지 해상도와 픽셀 크기를 기반으로합니다. 평가의 정확도는 객체의 해상도를 기반으로합니다. 이 두 해상도 사이의 관계는 무엇입니까?

객체 공간 분해능 (LP/mm) = 이미지 공간 해상도 (LP/mm) × x

일반적으로 응용 프로그램을 개발할 때 시스템의 해상도 요구 사항은 LP/MM이 아니라 μm 또는 인치로 제공됩니다. 변환하는 두 가지 방법이 있습니다.

물체 공간 해상도 (μm) = 1000 (μm/mm)/[2 × 객체 공간 해상도 (LP/mm)]

또는 물체 공간 해상도 (μm) = 픽셀 크기 (μm) / 시스템 확대

1.5 대비 (선명도)

대비는 주어진 객체 해상도에서 흑백의 차별 정도를 설명합니다. 이미지를 날카롭게 보이려면 검은 색 세부 사항을 흑백 세부 사항으로 표시해야합니다 (아래 그림과 같이). 흑백 정보가 중간 회색에 걸릴수록이 주파수의 대비가 낮아집니다. 밝은 선과 어두운 선 사이의 강도 차이가 높을수록 대비가 높아집니다.

그림에서 검은 색에서 흰색으로의 전환은 대비가 높고 중간의 회색은 대비가 낮다는 것을 알 수 있습니다.

주어진 주파수에서의 대비는 다음 공식에 따라 계산 될 수 있습니다. 그중에서도 IMAX는 최대 강도 (일반적으로 카메라를 사용하는 경우 픽셀 회색 값이 사용됨)입니다. IMIN은 최소 강도입니다.

%대비 = [(Imax-Imin)/(imax+imin)] × 100

렌즈의 대비 (선명도)는 시각적 윤곽이 감지 될 때 경계 기능의 구별되는 정확도를 직접 결정합니다. 일반적으로 시각적 윤곽 감지는 백라이트 조명을 사용하여 물체를 포착합니다. 대비 수준은 이미지 알고리즘에 의한 에지 추출의 정확도를 직접 결정하여 궁극적으로 출력 결과의 정확도를 결정합니다.

1.6 조리개 (F#) / 수치 조리개 (NA)

렌즈의 F/# 설정은 다수의 렌즈 매개 변수를 제어합니다 : 총 빛나기 플럭스, 현장 심도 및 주어진 해상도에서 대비를 생성하는 능력. 기본적으로 말하면, F/#은 렌즈의 유효 초점 길이 (EFL)와 효과적인 조리개 직경 (DEP) 사이의 비율입니다.

f/#= efl/ dep

일반적인 f/# 값은 f/1.0, f/1.4, f/2.0, f/2.8, f/4.0, f/5.6, f/8.0, f/11.0, f/16.0, f/22.0 등입니다. f/#의 각 증가에 대해, 입사광은 2 배로 감소된다. 아래 그림과 같이.

대부분의 렌즈는 홍채 조정 링을 돌려 F/#을 설정하여 내부 아이리스 조리개가 열리고 닫힙니다. 조정 원에 표시된 숫자는 빛나는 플럭스와 관련 조리개 직경을 나타냅니다. 이 숫자는 종종 21/2의 배수가 증가합니다. 21/2 비트 계수만큼 F/#을 증가 시키면 조리개 영역이 절반으로 절반으로 반드시 렌즈의 빛나게 플럭스가 2 배로 줄어 듭니다. 낮은 F/# 렌즈는 더 빠르게 간주되며 시스템을 통과 할 수 있도록 더 많은 빛이 통과 할 수있게하는 반면, 높은 F/# 렌즈는 느리게 간주되며 빛나는 플럭스가 낮습니다.

다음 표는 25mm 초점 길이 렌즈의 F/#, 조리개 직경 및 유효 개방 크기의 예를 보여줍니다. 설정이 f/1에서 f/2에서 f/4에서 f/8에서 f/8으로 변경되면 각 간격의 렌즈 조리개가 절반으로 줄어 듭니다. 이것은 렌즈 f/#의 증가와 관련된 플럭스 감소를 설명합니다.

Aperture는 렌즈의 이미징 표면의 밝기에 직접적인 베어링을 가지지 만 이미지 대비, 해상도 및 심도와 밀접한 관련이 있습니다. 렌즈 조리개를 조정할 때 전체 이미지에 미치는 영향을 고려해야합니다. 구체적으로, F/#은 이론적 해상도 및 대비 한계뿐만 아니라 DOF (Devth of Field) 및 렌즈 초점과 직접 관련이 있습니다. 또한 렌즈 설계의 수차에도 영향을 미칩니다. 픽셀 크기가 계속 감소함에 따라 F/#은 필드 심도 및 해상도에 반비례하기 때문에 시스템 성능을 제한하는 가장 중요한 요소가됩니다. 계산 작업 F/#의 방정식에서 X는 대물 렌즈의 부진 확대 (객체의 높이에 대한 이미지의 비율)를 나타냅니다. x가 0에 가까워지면 (물체가 무한대에 가까울 수 있음), 작업 거리 f/#은 무한 F/#에 가까워집니다. 작업 거리가 적은 경우 작업 거리가 변경됨에 따라 F/#이 변경된다는 점을 명심해야합니다.

방정식 [f/# = efl/dep "의 f/#은 확대가 실제로 0 인 무한 작업 거리에서 정의됩니다. 이러한 의미에서 f/#의 정의는 제한되어 있습니다. 대부분의 기계 비전 응용 분야에서는 대부분의 기계 비전 응용 분야에서. 물체와 렌즈의 길이는 무선 거리보다 훨씬 짧고 F/#은 다음 방정식에서 작동 F/#로 더 정확하게 표현됩니다.

(f/#) w = (1+ | m |) × f/#

F#과 같은 수치 조리개 (NA)는 렌즈 조리개를 설명하는 방법입니다. 렌즈 원뿔 각도 또는 수치 조리개 (NA)의 관점에서 총 빛나는 플럭스에 대해 이야기하는 것이 종종 더 쉽습니다. 렌즈의 수치 조리개는 이미지 공간에서 한계 광선 각도의 사인으로 정의됩니다. (아래 그림과 같이)

f/#과 수치 조리개 Na의 관계 :

na = 1/[2 × (f/#)]

다음 표는 렌즈의 일반적인 F/# 레이아웃 (각 후속 숫자가 21/2의 계수로 증가 함)과 수치 조리개와의 관계를 보여줍니다.

수치 조리개는 종종 F/#이 아닌 현미경으로 표시되지만 현미경 목표에 할당 된 수치 조리개는이 시점에서 조명 수집이 더 쉽기 때문에 객체 공간에 지정됩니다. 다른 경우에, 무한 컨쥬 게이션은 반대의 기계 비전 목표 (무한대에 중점을 둔)로 생각할 수 있습니다.

BTSO의 다음 호는 광학 렌즈 수차 매개 변수의 관련 소개를 계속 공유 할 것입니다. 관련 질문이 있으며 WeChat에 메시지를 남길 수 있습니다!