CCD以及镜头入门知识共33页
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• 显示放大倍率=镜头光学倍率×显示器尺寸×25.4/耙面对角线 尺寸
镜头基本知识
镜头的选择要点
1、视野范围、光学放大倍数及期望的工作距离：在选择镜头时，我 们会选择比被测物体视野稍大一点的镜头，以有利于运动控ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。
2、景深要求：对于对景深有要求的项目，尽可能使用小的光圈；在 选择放大倍率的镜头时，在项目许可下尽可能选用低倍率镜头。如果 项目要求比较苛刻时，倾向选择高景深的尖端镜头。
光路计算
视角和镜头中心点
CCD靶面
镜头中心点
视角
视场 范围
v
u
视角＝2arctag(CCD靶面尺寸/2v ) 由于v≈f，所以视角≈ 2arctag(CCD靶面尺寸/2f ) 镜头中心点的位置大致就在靶面向前f的距离上
光路计算
视角的进一步知识 视角和镜头以及CCD尺寸均相关
1/3”CCD视角
工业数字相机基本知识
彩色形成方式
彩色覆膜+bayer算法
棱镜分光方法
KEYENCE的CCD
CCD: 是Charge Couple Device的缩写， 是由像素构成。像素是指数字图像的最小单位， 是一个可以检测光强度的传感器（光电二极 管）。其工作原理是光到达CCD 某个像素时， 根据光的强度产生相应的电荷，将该电荷的大 小读取为电信号，即可获得各像素上光的强度 （浓度值）。
CCD的芯片的分辨率越高，要求的镜头的分辨率也越高
镜头基本知识
常用镜头参数：变形率
变形率定义: 两张底片比较，一张是该镜头拍的底 片（底片1），另一张是无变形的标 准底片（底片2），两张底片取景相 同，中心点严格一致，先在底片1上 确定一点到底片中心点的距离（距离 1），然后在底片2上找到对应的该 点并量度该点到中心点的距离（距离 2），然后: （距离1-距离2）/距离 2*100% 所有的镜头都存在有变形的现象。可以用一个网格线模板进行测试， 一般情况下越是焦距短的镜头，越是变形率大。 变形率小于2%都是不错的镜头
镜头基本知识
常用镜头参数：焦距
镜头焦距是指镜头光学后主点到焦点的距离。镜头焦距的长 短决定着拍摄的成像大小，视场角大小，景深大小和画面的 透视强弱。 当对同一距离远的同一个被摄目标拍摄时，镜头焦距长的所 成的像大，镜头距短的所成的像小。 根据用途，相见的工业镜头焦距有：5mm、8mm、12mm 、25mm、35mm、50mm、75mm等)。 焦距越小的镜头越不好做，价格越高，边缘变形等问题越大 ，所以尽量选用标准镜头，性价比最高
镜头基本知识
常用镜头参数：光圈
光圈是一个用来控制光线透过镜头，进入机身内感光面的光量的装置 光圈f值=镜头的焦距/镜头口径的直径
根据公式，光圈f值愈小，在这同一单位时间内的进光量便愈多 ，每 级光圈一般以倍数递增，例如f8调整到f5.6 ，进光量多一倍
镜头基本知识
常用镜头参数：景深
镜头景深是指镜头对焦前后所能成像的清晰范围。当镜头聚 集于被摄影物的某一点时，这一点上的物体就能在CCD上清 晰地成像。在这一点前后一定范围内的景物也能记录得较为 清晰。这就是说，镜头拍摄景物的清晰范围是有一定限度的 。这种聚焦成像面前后能记录得“较为清晰”的被摄影物纵 深的范围便为景深。
镜头基本知识
常用镜头参数：光学放大倍率
用于计算主要缩放比例的公式如下：
PMAG = 感光芯片尺寸 (mm) / 视场 (mm)
镜头基本知识
常用镜头参数：显示放大倍率
• 显示放大倍率在显微中应用非常广泛，被测物体的显示放大倍 率取决于三个因素：镜头光学倍率、工业相机感光芯片的尺寸 （靶面大小）、显示器尺寸。
工业相机与镜头
厦门力和行光电技术有限公司
1 工业数字相机基本知识 2 镜头基本知识 3 光路计算
工业数字相机基本知识
感光器件类型
分为两大类，CCD器件和CMOS器件
工业数字相机基本知识
按用途分类
分为机器视觉相机和安防监控相机两大类
工业数字相机基本知识
按感光单元排列方法
分为线阵扫描相机和面阵扫描相机
景深与对焦之间的关系
焦距，光圈和景深的关系
可以归纳如下： (1)、镜头光圈：光圈越大，景深越小；光圈越
小，景深越大；
(2)、镜头焦距镜头焦距越长，景深越小；焦距 越短，景深越大；
(3)、拍摄距离距离越远，景深越大；距离越近 ，景深越小。
镜头基本知识
光圈越小，景深越大
镜头基本知识
标准镜头是指和人眼有效视角差不多的 镜头（大约30°），1/3”CCD的标准镜 头是8mm,1/2”CCD的标准镜头是 12mm。以前35mm胶卷的照相机标准 镜头是50mm,除杂机用的线阵相机标准 镜头大致为40mm,标准镜头比较容易制 造，性价比较高
光路计算
光路作图步骤一
CCD靶面
镜头中心点
3、芯片大小和相机接口 ：例如2/3”镜头支持最大的工业相机耙面 为2/3”,它是不能支持1英寸以上的工业相机。 4、注意与光源的配合，选配合适的镜头 。 5、可安装空间：在方案可选择情况下，让客户更改设备尺寸是不现 实的。
光路计算
CCD成像基础公式
1/u + 1/v = 1/f
u:物距 v:像距 f: 焦距
f
1、查CCD手册得到靶面尺寸和位置，并在CAD图上画出靶 面的位置
2、从靶面向前f（镜头的焦距，例如35mm）找到镜头中心 点
3、连线即可得到CCD的视野范围 4、如果视野不满足要求，可通过更换不同焦距的镜头来达成
目标
光路计算
光路作图步骤二
实际相机位置
虚相机位置
反光镜
相机不能出现在视 角线范围内
2色彩选择 色调变化时选择彩色，亮度变化可选黑白
3根据传输时间选择高速型或标准型 4根据CCD尺寸选择超小型或标准型
镜头基本知识
镜头外形
机器视觉常用定焦镜头，并且都 是手动调整光圈，一般不允许自 动调整光圈，镜头上有调焦和调 光圈两个环，为了防止误碰动 ，工业镜头的两个环都有锁定螺 丝。 注意调焦环不是用来调整焦距， 而是调整像距，保证清晰图像落 在焦平面上
分辨率：即像素密度。500万像素的CCD，分 辨率为2432*2050。像素越多，图像的密度 越大，对细节的表现就越强。
CCD的型号
CCD的型号
CCD的选型
1检测精度 检测精度（mm/pixel）=Y方向的视野 /CCD在Y方向上的像素数 执行缺陷检测和尺寸检测时的最小可检测物体 尺寸为4个像素的正方形，尺寸容差为±5个像 素。
增加景深的问题
1小光圈 2小焦距 3大距离（WD） 4高照明
镜头基本知识
常用镜头参数：分辨率
镜头分辩率指的是在像平面处1毫米内能分辨开的黑白相间的线 条对数，单位是“ 线对 / 毫米”。
条包检测器上用computar MP0814-MP镜头，是百万象素级的 镜头,分辨率为100线对/mm，这个分辨率较高。其实除了视觉 测量，其实我们的产品一般都不用这么高的分辨率
镜头基本知识
常用镜头参数：放大倍率
指物体通过透镜在焦平面的成像大小与物体实际大小的比值。在相机 镜头中，一般会标称“最大放大倍率”，指该镜头在： 1.最大焦距（定焦头焦距恒定）; 2.清晰成像的最近拍摄距离; 两个条件下的放大倍率值。这时的放大倍率值是这个镜头放大倍率的 最大值。 大多数镜头的放大倍数是小于1的，也就是说大多镜头的成像其实是 缩小的。
镜头基本知识
C接口和CS接口
如果CS相机接口安装C接口 镜头，必须加装5mm厚的接 圈
C接口:镜头基准面到焦平面（也就是CCD靶面）17.526mm CS接口:镜头基准面到焦平面（也就是CCD靶面）12.5mm 注意：机械设计如何确定焦平面(也就是CCD靶面)，一般就是从相机镜 头接口往后量12.5或者17.526mm(根据相机接口类型定)
谢谢你的阅读
知识就是财富 丰富你的人生
两端超出视角线
1、如果视频柜空间不够，可以采用反光镜来调整相机实际位置,作图时以反光 镜为中轴做镜像映射即可
2、镜子的两端应该超出视角线两段超出一小段距离,保证视野内全是反光镜的 成像
3、相机不能出现在视角线范围内，否则会阻挡相机的视野
4、反光镜镜面不宜朝上，否则容易落灰，如果一定需要朝上，必须做个外壳 将相机和反光镜封在同一个密闭体内
CCD靶面
镜头中 心点
视角
目标物体
v
u
光路计算
CCD光路计算规律
在我们的计算中，一般有如下规律 u>>f: 物距一般远大于焦距，例如除杂机镜头焦
距28mm，物距在一米左右 v≈f:由于u>>f 根据公式所以像距基本等于焦距，
事实上调焦的过程就是将像距微调，和焦距基本 相差不远 镜头中心点的确认：由于v≈f ，所以从CCD靶面 向前焦距距离就是镜头中心点，这个点的确定对 我们光路作图意义很大
镜头基本知识
镜头的选择要点
1、视野范围、光学放大倍数及期望的工作距离：在选择镜头时，我 们会选择比被测物体视野稍大一点的镜头，以有利于运动控ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。
2、景深要求：对于对景深有要求的项目，尽可能使用小的光圈；在 选择放大倍率的镜头时，在项目许可下尽可能选用低倍率镜头。如果 项目要求比较苛刻时，倾向选择高景深的尖端镜头。
光路计算
视角和镜头中心点
CCD靶面
镜头中心点
视角
视场 范围
v
u
视角＝2arctag(CCD靶面尺寸/2v ) 由于v≈f，所以视角≈ 2arctag(CCD靶面尺寸/2f ) 镜头中心点的位置大致就在靶面向前f的距离上
光路计算
视角的进一步知识 视角和镜头以及CCD尺寸均相关
1/3”CCD视角
工业数字相机基本知识
彩色形成方式
彩色覆膜+bayer算法
棱镜分光方法
KEYENCE的CCD
CCD: 是Charge Couple Device的缩写， 是由像素构成。像素是指数字图像的最小单位， 是一个可以检测光强度的传感器（光电二极 管）。其工作原理是光到达CCD 某个像素时， 根据光的强度产生相应的电荷，将该电荷的大 小读取为电信号，即可获得各像素上光的强度 （浓度值）。
CCD的芯片的分辨率越高，要求的镜头的分辨率也越高
镜头基本知识
常用镜头参数：变形率
变形率定义: 两张底片比较，一张是该镜头拍的底 片（底片1），另一张是无变形的标 准底片（底片2），两张底片取景相 同，中心点严格一致，先在底片1上 确定一点到底片中心点的距离（距离 1），然后在底片2上找到对应的该 点并量度该点到中心点的距离（距离 2），然后: （距离1-距离2）/距离 2*100% 所有的镜头都存在有变形的现象。可以用一个网格线模板进行测试， 一般情况下越是焦距短的镜头，越是变形率大。 变形率小于2%都是不错的镜头
镜头基本知识
常用镜头参数：焦距
镜头焦距是指镜头光学后主点到焦点的距离。镜头焦距的长 短决定着拍摄的成像大小，视场角大小，景深大小和画面的 透视强弱。 当对同一距离远的同一个被摄目标拍摄时，镜头焦距长的所 成的像大，镜头距短的所成的像小。 根据用途，相见的工业镜头焦距有：5mm、8mm、12mm 、25mm、35mm、50mm、75mm等)。 焦距越小的镜头越不好做，价格越高，边缘变形等问题越大 ，所以尽量选用标准镜头，性价比最高
镜头基本知识
常用镜头参数：光圈
光圈是一个用来控制光线透过镜头，进入机身内感光面的光量的装置 光圈f值=镜头的焦距/镜头口径的直径
根据公式，光圈f值愈小，在这同一单位时间内的进光量便愈多 ，每 级光圈一般以倍数递增，例如f8调整到f5.6 ，进光量多一倍
镜头基本知识
常用镜头参数：景深
镜头景深是指镜头对焦前后所能成像的清晰范围。当镜头聚 集于被摄影物的某一点时，这一点上的物体就能在CCD上清 晰地成像。在这一点前后一定范围内的景物也能记录得较为 清晰。这就是说，镜头拍摄景物的清晰范围是有一定限度的 。这种聚焦成像面前后能记录得“较为清晰”的被摄影物纵 深的范围便为景深。
镜头基本知识
常用镜头参数：光学放大倍率
用于计算主要缩放比例的公式如下：
PMAG = 感光芯片尺寸 (mm) / 视场 (mm)
镜头基本知识
常用镜头参数：显示放大倍率
• 显示放大倍率在显微中应用非常广泛，被测物体的显示放大倍 率取决于三个因素：镜头光学倍率、工业相机感光芯片的尺寸 （靶面大小）、显示器尺寸。
工业相机与镜头
厦门力和行光电技术有限公司
1 工业数字相机基本知识 2 镜头基本知识 3 光路计算
工业数字相机基本知识
感光器件类型
分为两大类，CCD器件和CMOS器件
工业数字相机基本知识
按用途分类
分为机器视觉相机和安防监控相机两大类
工业数字相机基本知识
按感光单元排列方法
分为线阵扫描相机和面阵扫描相机
景深与对焦之间的关系
焦距，光圈和景深的关系
可以归纳如下： (1)、镜头光圈：光圈越大，景深越小；光圈越
小，景深越大；
(2)、镜头焦距镜头焦距越长，景深越小；焦距 越短，景深越大；
(3)、拍摄距离距离越远，景深越大；距离越近 ，景深越小。
镜头基本知识
光圈越小，景深越大
镜头基本知识
标准镜头是指和人眼有效视角差不多的 镜头（大约30°），1/3”CCD的标准镜 头是8mm,1/2”CCD的标准镜头是 12mm。以前35mm胶卷的照相机标准 镜头是50mm,除杂机用的线阵相机标准 镜头大致为40mm,标准镜头比较容易制 造，性价比较高
光路计算
光路作图步骤一
CCD靶面
镜头中心点
3、芯片大小和相机接口 ：例如2/3”镜头支持最大的工业相机耙面 为2/3”,它是不能支持1英寸以上的工业相机。 4、注意与光源的配合，选配合适的镜头 。 5、可安装空间：在方案可选择情况下，让客户更改设备尺寸是不现 实的。
光路计算
CCD成像基础公式
1/u + 1/v = 1/f
u:物距 v:像距 f: 焦距
f
1、查CCD手册得到靶面尺寸和位置，并在CAD图上画出靶 面的位置
2、从靶面向前f（镜头的焦距，例如35mm）找到镜头中心 点
3、连线即可得到CCD的视野范围 4、如果视野不满足要求，可通过更换不同焦距的镜头来达成
目标
光路计算
光路作图步骤二
实际相机位置
虚相机位置
反光镜
相机不能出现在视 角线范围内
2色彩选择 色调变化时选择彩色，亮度变化可选黑白
3根据传输时间选择高速型或标准型 4根据CCD尺寸选择超小型或标准型
镜头基本知识
镜头外形
机器视觉常用定焦镜头，并且都 是手动调整光圈，一般不允许自 动调整光圈，镜头上有调焦和调 光圈两个环，为了防止误碰动 ，工业镜头的两个环都有锁定螺 丝。 注意调焦环不是用来调整焦距， 而是调整像距，保证清晰图像落 在焦平面上
分辨率：即像素密度。500万像素的CCD，分 辨率为2432*2050。像素越多，图像的密度 越大，对细节的表现就越强。
CCD的型号
CCD的型号
CCD的选型
1检测精度 检测精度（mm/pixel）=Y方向的视野 /CCD在Y方向上的像素数 执行缺陷检测和尺寸检测时的最小可检测物体 尺寸为4个像素的正方形，尺寸容差为±5个像 素。
增加景深的问题
1小光圈 2小焦距 3大距离（WD） 4高照明
镜头基本知识
常用镜头参数：分辨率
镜头分辩率指的是在像平面处1毫米内能分辨开的黑白相间的线 条对数，单位是“ 线对 / 毫米”。
条包检测器上用computar MP0814-MP镜头，是百万象素级的 镜头,分辨率为100线对/mm，这个分辨率较高。其实除了视觉 测量，其实我们的产品一般都不用这么高的分辨率
镜头基本知识
常用镜头参数：放大倍率
指物体通过透镜在焦平面的成像大小与物体实际大小的比值。在相机 镜头中，一般会标称“最大放大倍率”，指该镜头在： 1.最大焦距（定焦头焦距恒定）; 2.清晰成像的最近拍摄距离; 两个条件下的放大倍率值。这时的放大倍率值是这个镜头放大倍率的 最大值。 大多数镜头的放大倍数是小于1的，也就是说大多镜头的成像其实是 缩小的。
镜头基本知识
C接口和CS接口
如果CS相机接口安装C接口 镜头，必须加装5mm厚的接 圈
C接口:镜头基准面到焦平面（也就是CCD靶面）17.526mm CS接口:镜头基准面到焦平面（也就是CCD靶面）12.5mm 注意：机械设计如何确定焦平面(也就是CCD靶面)，一般就是从相机镜 头接口往后量12.5或者17.526mm(根据相机接口类型定)
谢谢你的阅读
知识就是财富 丰富你的人生
两端超出视角线
1、如果视频柜空间不够，可以采用反光镜来调整相机实际位置,作图时以反光 镜为中轴做镜像映射即可
2、镜子的两端应该超出视角线两段超出一小段距离,保证视野内全是反光镜的 成像
3、相机不能出现在视角线范围内，否则会阻挡相机的视野
4、反光镜镜面不宜朝上，否则容易落灰，如果一定需要朝上，必须做个外壳 将相机和反光镜封在同一个密闭体内
CCD靶面
镜头中 心点
视角
目标物体
v
u
光路计算
CCD光路计算规律
在我们的计算中，一般有如下规律 u>>f: 物距一般远大于焦距，例如除杂机镜头焦
距28mm，物距在一米左右 v≈f:由于u>>f 根据公式所以像距基本等于焦距，
事实上调焦的过程就是将像距微调，和焦距基本 相差不远 镜头中心点的确认：由于v≈f ，所以从CCD靶面 向前焦距距离就是镜头中心点，这个点的确定对 我们光路作图意义很大