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被摄物平面内的主轴外直线,经光学系统成像后变为曲线,则此光学系统的成像误差称为畸变。 畸变像差只影响成像的几何形状,而不影响成像的清晰度。 镜头的畸变 畸变定义为实际像高y ‘与理想像高 yo之差y’ - yo ‘,而在实际应用中经常将其与理想像高 yo ‘之比的百分数来表示畸变,称为相对畸变,即 镜头的畸变 镜头的畸变 短焦距镜头一般表现为桶形失真,长焦距镜头一般表现为枕形失真。 人眼感觉不到小于2%的畸变。在进行精度较高的测量时,需要校正畸变! 镜头的分类 定焦距镜头 变焦距镜头 特殊镜头 微距镜头(Macro) 显微镜头(Micro) 远心镜头(Telecentric) 红外线镜头(Infrared) 紫外线镜头(Ultraviolet) 定焦距镜头按等效焦距分为: 鱼眼镜头:6-16mm 超广角镜头:17-21mm 广角镜头:24-35mm 标准镜头:45-75mm 长焦镜头:150-300mm 超长焦镜头:300mm以上 镜头的分类 微距镜头(Macro Iens ) 按德国的工业标准,成像比例大于1:1的称为微距摄影范畴。这里我们所说的比率指像的大小与实物之间的比例关系,也就是镜头的放大率。35mm标准镜头最大拍摄比率为1:10。事实上放大率在1:1~1:4左右的都属微距镜头,而放大率达到10:1~200:1则属显微镜头。 微距镜头 使用专门的微距镜头,价格较高但成像质量可以得到保证; 带微距档的变焦镜头; 使用接圈,通过增加镜筒的长度来改变像距达到放大的目的,根据凸透镜成像原理,当像距增加到二倍焦距处,影像与实物等大。由于接圈使用时放在镜头后面,一是不够灵活,二是影响通光量。 微距镜头 显微镜头 体视显微镜 生物显微镜 金相显微镜 显微镜头 视差: 对于同样的物体,当靠近眼睛时,会比远离眼睛时显得大一点。这个现象也同样出现在传统的光学系统中,即镜头的放大倍数是随着物距变化而变化的。 远心镜头则纠正了传统镜头的误差,它可以在一定距离内,使所成的像的尺寸不会因为距离的变化而改变。 远心镜头 远心镜头 远心指的是一种光学的设计模式:系统的出瞳和入瞳的位置在无限远处。 远心镜头 镜头的接口类型 接口类型 法兰后截距(mm) 卡口环直径(mm) C口 17.526 26.5 CS口 12.5 26.5 F口 46.5 47 M42 47.526 42 其中,法兰后截距(Flange Back Focal Length)是指相机接口的定位面到相机靶面的距离。 如何选择镜头 镜头的基本光学性能由焦距、相对孔径(光圈系数)和视场角(视野)这三个参数表征。因此,在选择镜头时,首先需要确定这三个参数,最主要是确定焦距,然后再考虑分辨率、景深、畸变、接口等其他因素。 如何选择镜头 选择镜头的基本步骤可以参考以下几条: 根据目标尺寸和测量精度,可以确定传感器尺寸和像素尺寸、放大倍率等; 根据系统整体尺寸和工作距离,结合放大倍率,可以大概估算出镜头的焦距。焦距、传感器尺寸确定以后,视场角也可以确定下来; 根据现场的照明条件确定光圈大小和工作波长; 最后考虑镜头畸变、景深、接口等其他要求。 如何选择镜头 选型示例: 被测物体100×100mm,精度要求0.1mm,相机距被测物体在200~400mm之间,要求选择合适的相机和镜头。 如何选择镜头 分析如下: 被测物体是100x100mm的方形物体,而相机靶面通常为4:3的矩形,因此,为了将物体全部摄入靶面,应该以靶面的短边长度为参考来计算视场; 系统精度要求为0.1mm,100/0.1=1000,因此相机靶面短边的像素数要大于1000; 相机到物体的距离为200~400mm,考虑到镜头本身的尺寸,可以假定物体到镜头的距离为200~320mm,取中间值,则系统的物距为260mm; 如何选择镜头 选型方案: 根据估算的像素数目,可选定大恒CCD相机SV1410FM 靶面尺寸2/3英寸(8.8x6.6mm),分辨率1392x1040,像元尺寸为6.45μm。镜头放大率为β=6.6/100=0.066,可以达到的精度为:像素尺寸/放大率=0.00645/0.066=0.098mm,满足精度要求; 根据公式,镜头的焦距为 f = L/(1+1/ β)=260/(1+1/0.066)=16.1mm 则镜头可选择Computar M1614-MP,其光圈数从F1.4到F16。 如何选择镜头 如何选择镜头 L=260mm f w=8.8mm h=6.6mm W=100mm H=100mm 另外一种近似计算方法(根据相似三角形公式): f/L = h/H = f = Lh/H=260x6.6/100 = 17.16mm VS f = L/(1+1/ β)=Lh/(H
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