摄像机视场的测量方法

摄像机视场的测量方法

摘要:介绍了摄像机视场的测量方法,当摄像机对无限远物体成像时,提出了用平行光管和转台来测量视场角的方法;当摄像机对有限远物体成像时,提出了用标准刻尺来测量线视场和视场角的方法。

关键词:摄像机视场测量视场角

摄像机属于摄影光学系统,它一般是以CCD为成像接收器。物体经过摄像机镜头成像在CCD上,CCD再将图像转变为电信号输出,显示在显示器上。视场是摄像机的一个重要指标,它一般是指物方视场,表征了摄像机的摄影范围。在摄像机中,一般把CCD的边缘作为视场光阑,用以限定成像视场[1]。在国家标准GB/T 10987-2009[2]中,规定了望远系统和显微系统的视场测量方法,但并未规定摄影系统(包括摄像机)的视场测量方法,因此本文对摄像机的视场测量方法作简要介绍。CCD一般为矩形,视场可以用其对角线方向的视场(也是最大视场)来表示,但在实际测量中为了方便,一般分别测量CCD的长和宽两个方向的视场。

1 对无限远物体成像时摄像机视场的测量

无限远物体发出的光为平行光,对无限远物体成像时摄像机的视场用视场角2ω来表示,ω为平行光与光轴的最大夹角。测量方法如图1所示,将摄像机固定在转台上并对准平行光管,平行光管焦点处放置的星点孔发出的光经平行光管物镜后成为平行光进入摄影机,成像在

CCD上,并在显示器上显示出来。旋转转台,让星点孔的像从显示器上整个图像的一边移动到另一边,此过程中转台转过的角度即为所测的视场角2ω。测量完一个方向的视场角后,把摄像机绕光轴旋转90°,再测量另一个方向的视场角。

测量用的平行光管的口径要越大越好,至少应该不小于摄像机的入瞳直径。旋转时摄像机的旋转中心要尽量接近摄像机的入瞳中心。设入瞳中心为O,旋转中心为O′,如果O′与O相距较远,则在旋转过程中很可能会使整个入瞳不在平行光束的口径内,从而没有平行光线能进入摄像机,这就需要使用更大口径的平行光管。如果旋转中心就是入瞳中心O,那么在平行光管的口径不小于入瞳直径时,无论怎么旋转,整个入瞳都不会超出平行光束的口径范围。在转动转台时,如果发现星点孔的像尚未移动到图像的边缘时即已消失,则说明入瞳已经旋转出了平行光束的口径范围,需要让旋转中心更加接近入瞳中心或者加大平行光管的口径。

2 对有限远物体成像时摄像机视场的测量

2.1 线视场的测量

对有限远物体成像时摄像机的视场用线视场即物高来表示,指所能看到的物体的最大高度。测量方法如图2所示,将一把标准刻尺放置于摄像机前L处并与光轴垂直相交,其中L是标准刻尺到镜头前表

面的距离。然后从图像上读出所能看到的标准刻尺上的最大刻度值和最小刻度值,两者相减即得到该方向上的物高H。对于有一定景深的摄像机,可以在不同的L处测出不同的物高H。

2.2 视场角的测量

对有限远物体成像时摄像机的视场有时也用视场角2ω来表示。视场角2ω可以定义为线视场对入瞳中心的张角,也可以定义为线视场对摄像机镜头前表面中心的张角。由于镜头前表面中心与入瞳中心的距离一般很小(远小于L),所以两种方法定义的视场角差别很小。在实际测量时,由于入瞳的位置较难测定,所以一般采用后一种方法定义视场角。如图2所示,用3.1节中的方法测出线视场H后,再测量出标准刻尺到镜头前表面中心的距离L,则半视场角ω为

一般来说,在不同的距离L处的视场角2ω是各不相同的,如果需要的话,可以测量并计算出多个L处的视场角2ω。

参考文献

[1]张以谟.应用光学[M].北京:机械工业出版社,1988.

[2]GB/T 10987-2009,光学系统参数的测定[S].2009-12-01.