镜头和光源的基础知识介绍

★ 镜头
二、镜头简介
远摄物镜
与近摄物镜相反，为了对远距离目标摄取 到清晰图像，要采用远摄物镜。这种物镜 是一长焦距物镜。远摄物镜可以是折射系 统、反射系统或折反射系统。反射式远摄 物镜常采用卡塞格林式远摄物镜。折反式 远摄物镜由于采用前部校正透镜，其成像 质量更加良好。 ★ 镜头
二、镜头简介
远心物镜
在测量系统中，物距常发生变化，从而使 像高发生变化，所以测得的物体尺寸也发 生变化，即产生了测量误差；即使物距是 固定的，也会因为CCD敏感表面不易精确 调整在像平面上，同样亲会产生测量误差。 采用远心物镜中的像方远心物镜可以消 除物距变化带来的测量误差，而物方远 心物镜则可以消除CCD位置不准带来的 测量误差。
二、光源的种类—LED灯
中心波长
★ 光源
三、照明技术
黑白相机的照明方法：
拍摄图像时，最重要的是如何鲜明的获取 “被测物与背景的亮度差” 目前在图像处理算法中最广泛的技术手法是 “二值化处理” ★ 光源
三、照明技术—照射光的种类
平行光 照射角度整齐的光。太阳光就是平行光。发光角度越窄的 LED直射光越接近平行光。 直射光 LED光源直接照射对像物的光。 扩散光 各种角度的光源混合在一起的光。日常生活用光几乎都是 扩散光。 偏光光 光源的传递方向在特定的垂直平面上波动受到限制的光。 通常是利用偏光板来防止特定方向的反射。 ★ 光源
三、照明技术—透射照明
背光源的应用 ( Penetrating light )
★ 光源
三、照明技术—色
补色 ( Utilization of color )
白色
★ 光源
颜色的反射，红色以外的 颜色被吸收
三、照明技术—色
补色 ( Utilization of color )
★ 光源
三、照明技术—色
三、照明技术—明视野与暗视野
明视野 ( Bright field VS & 暗视野 Dark field )
★ 光源 用直射光来观察 对象物整体（散 乱光呈黑色） 用散乱光来观察 对象物整体（直 射光呈白色）
三、照明技术—明视野与暗视野
明视野 ( Bright field VS & 暗视野 Dark field )
明亮、稳定、均匀的光源极其重要。
★ 光源
目的：将被测物与背景尽量明显的区分开。
二、光源的种类
高频荧光灯 光纤卤素灯 LED灯
★ 光源
二、光源的种类—高频荧光灯
★ 光源
二、光源的种类—光纤卤素灯
★ 光源
二、光源的种类—LED灯
发光二极管
★ 光源
SCHOTT
★ 光源
CCS
★ 光源
二、光源的种类—LED灯
平面&光洁
表面粗糙
ຫໍສະໝຸດ Baidu
★ 光源
明亮 与照射距离无关 与照射角度有关 不反映颜色
较暗 与照射距离有关 与照射角度无关 反映颜色
三、照明技术—直射光与漫射光
桌
镜
★ 光源
纸
三、照明技术—明视野与暗视野
明视野 ( Bright field VS & 暗视野 Dark field )
★ 光源 用直射光来观察 对象物整体（散 乱光呈黑色） 用散乱光来观察 对象物整体（直 射光呈白色）
二、镜头简介
Topogon物镜
在Hypogon物镜的里面加入一组对称于光 阑的负透镜就得到Topogon物镜，它的相 对孔径为1：6.3，视场角为100°，畸变为 0.3％。
Pyccap镜头
一种对称型广角和超广角物镜，它的半部 可以看作是Hill全天物镜。而Hill物镜则可 看作是鱼眼物镜的雏型。Pyccap物镜是把 Hill物镜对称于光阑重叠起来，是用于航 空摄像测量最优良的物镜。 ★ 镜头
LED光源的优点：
照射的自由度：位置、方向、范围、亮度及平行光和扩散 光的选择 响应速度快：10μｓ（1/100万秒） 波长的选择性强，反射、漫射的最佳化 寿命长：约3万小时 综合运转成本低，耗电低，维护管理的工作量少 ★ 光源
二、光源的种类—LED灯
主要颜色
红、蓝、绿、白
其他
橙色、红外、 紫外
★ 光源
标准物镜 Topgon型 Pyccap型 同心物镜 鱼眼型 广角物镜
★ 镜头
折反射型 微缩物镜 远摄物镜 远距物镜 反远距物镜 畸变物镜
光源
★ 光源
一、地位与重要性
理想的图像
★ 光源
摄取图像
处理图像(加工·分析)
运动控制
一、地位与重要性
地位：三大技术之一（采像技术，处理技术，运
动控制技术）。
关键：直接影响系统的成败，处理精度和速度。
镜头
一、分类
焦距：短焦镜头、中焦镜头，长焦镜头 视场：广角、标准、远摄镜头 结构：固定光圈定焦镜头，手动光圈定焦镜头
，自动光圈定焦镜头，手动变焦镜头、自动变焦镜 头，自动光圈电动变焦镜头，电动三可变（光圈、 焦距、聚焦均可变）镜头。
★ 镜头
一、分类
标准镜头：视角约50 度 广角镜头：视角90 度以上，适用於拍摄距离近且 范围大的景物，又能刻意夸大前景表现强烈远近感 特广角镜头：100－120 度 长焦距镜头：适于拍摄距离远的景物，景深小容 易使背景模糊主体突出，但笨重且对动态主体对焦
★ 镜头
二、镜头简介
物方远心物镜
物方远心物镜是将孔径光阑放置在光学系 统的像方焦平面上。
★ 镜头
二、镜头简介
像方远心物镜
像方远心光路是将孔径光阑放置在光学系 统的物方焦平面上，而像方的主光线平行 于光轴。
★ 镜头
二、镜头简介
远距物镜
远距物镜是一种焦距很长而镜筒较短的物 镜，从物镜前表面到像平面的距离小于焦 距，这对于长焦距物镜来说，有利于缩短 物镜的轴向尺寸。按照上述原理构成的远 距物镜，结构型式是各种各样的，尤其是 前组，由于负担较大的光焦度，结构一般 要比后组复杂。 ★ 镜头
二、镜头简介
双高斯型物镜
大孔径摄像物镜（系指 F 数<2 ），经常采 用双高斯型物镜及其改进物镜。这是一种 用厚透镜来校正像面弯曲的系统。
广角镜头
广角物镜的视场超过60°，而视场超过 100°的物镜则称为超广角物镜。广角物 镜大都采用对称结构，光栏位于镜组中央， 镜片相对光阑对称可以消除畸变，这对于 扩大物镜视场是十分有利的。最早出现的 对称物镜是Hypogon物镜，它仅由两片对 称的正透镜组成，相对孔径很小。 ★ 镜头
四、镜头参数
摄像物镜光圈表 类型 F 弱光物镜 >6.3 普通物镜 5.6-3.5 强光物镜 3.5-1.4 超强光物镜 <1.4
F接口类型摄像物镜视场表(度) 类型 2ω ★ 镜头 小视场 <30 中视场 30-60 广角 60-100 超广角 >100
C，CS接口类型摄像物镜视场表(度) 类型 2ω 2/3 ″，1 ″ 17，3.7 1/3 ″，1/2 ″ 62，43 1/3 ″，1/2 ″ 86，67
其中：f —焦距 H— 实物高度 Sensor对角线长度 D— 最大光圈直径 u—物距
四、镜头参数
F型接口类型摄像物镜焦距表(mm) 类型 焦距 鱼眼型 7.5，15 超广角型 17，20 广角型 24，28，35 标准型 50
C ,CS型接口类型摄像物镜焦距表(mm) ★ 镜头 类型 焦距 1/3″ 2.8-3.5 1/3 ″，1/2 ″ 3.5-6 2/3 ″，1 ″ 8-75
★ 镜头
二、镜头简介
近摄物镜
简单的近摄物镜是在照相镜头和CCD相机 之间加入一个接圈，由此CCD的敏感面可 以位于照相镜头的像方焦面的外面一段距 离，从而可以摄取到较近距离目标的像， 但它受到图像清晰度的限制。
★ 镜头
二、镜头简介
近摄物镜
在摄像物镜前端拧上一个近摄透镜，可以 摄取到更近距离目标的像。采用近摄镜后， 目标像的畸变增大了，为此，近摄透镜的 屈光率不能太大，使原工作距离的缩短量 一般不超过20％。
补色 ( Utilization of color )
紅
白
三、照明技术—色
补色 ( Utilization of color )
藍
緑
★ 光源
三、照明技术—色
补色 ( Utilization of color )
★ 光源
青
三、照明技术—偏光技术
★ 光源
偏光镜
偏光板
三、照明技术—偏光技术
没有用偏光技术
三、照明技术—直射光与漫射光
直射光 ( Regular light VS & 漫射光 Diffused light )
★ 光源 明亮 射角窄 会有光点 较暗 射角宽 无光点光斑均匀
三、照明技术—直射光与漫射光
直反射 ( Regular reflection VS & 漫反射 Diffused reflection )
二、镜头简介
反远距物镜
反远距物镜是一种焦距较短而后截距很长 的物镜，这样，在物镜和CCD之间可以加 入分光镜，以实现取景等作用。
★ 镜头
二、镜头简介
畸变物镜
畸变物镜能够在它的像中预先引入规定的 畸变。当物镜存在很大的负畸变时，实际 上能够拍摄角视场超过180°的物空间。 这种物镜用于宇航研究、气像测量中。 畸变物镜可以按照反远距物镜的光路图作 出。第一组由一或二个透镜组成，并造成 很大的畸变。第二透镜组用于校正像差， 以便获得清晰的像。 为了研制超广角物镜，像场角余弦四次方 的影响是最大的障碍。但是由于负的畸变， 在像场边缘上光束深缩，因而在像场边缘 上实际光学密度并不比视场中心低。
四、镜头参数
f(mm) Petzval F 1-4.5 1-5.6 0.8-2 50 17，20 17，20 17，20 7.5，15 28-50 1.4 5.6-6.5 5.6-8 2，2.8 0.75 4 2.8-4 2.5-4 22 <3.5 2ω(°) 40-50 40 46 90-100 120 130 180-270 15 12 60-90 >180 46-75 F 型接口类型摄像物镜的主要参数
用直射光来观察 对象物整体（散 乱光呈黑色）
★ 光源
用散乱光来观察 对象物整体（直 射光呈白色）
三、照明技术—透射照明
背光源的应用 ( Penetrating light )
1. 因材质和厚度不同，对光的透过特性(透明度)各异； 2. 光根据其波长之长短，对物质的穿透能力(穿透率)各异； 3. 光的波长越长，对物质的透过力越强。光的波长越短， 在物质表面的扩散率越大； ★ 光源 4. 透射照明，就是使光线透射对象物，并观察其透过光的 照明手法。
二、镜头简介
同心物镜
同心物镜指所有球面具有同一个曲率中心 的物镜。这种物镜成像在凹球面上。 它的特点是广角（2≈130°）和很大的相 对孔径（～1：2）。 很多广角和超广角物镜，乃至鱼眼物镜， 都是对前组进行复杂而获得的。 有的鱼眼物镜的视场角更大，甚至高达 270°。 ★ 镜头
二、镜头简介
折反射型物镜
★ 镜头
四、镜头参数
焦距 f ≈ 像距 v 焦距：f 光圈通光量：F 靶面 最小拍摄距离 分辨率 视角：ω 每毫米线对，即每毫米能够分 tg(ω/2) ≈H / (2u 辨出的线对 一黑一白)的条数 其中：H—实物高度 u—物距
★ 镜头
焦距 f ≈ h * u / H
2 F =f/D 其中： h—sensor 宽度
★ 镜头
三、接口
物镜的接口尺寸是有国际标准的，共有三种接口型式，即 F 型、C型、CS型。F型接口是通用型接口，一般适用于焦距大 于25mm的镜头；而当物镜的焦距约小于25mm时，因物镜的 尺寸不大，便采用C型或CS型接口。
★ 镜头
三、接口
C口：直径小 C头镜头 + 接圈 —> CS相机 F口 ：直径大，通光量大 线阵2K以上的相机采用F口 CS口：直径小，焦距比C口的小
★ 镜头
不易。 微距镜头（marco lens）：除作极近距离的微距摄 影外也可远摄。
二、镜头简介
Petzval物镜
由彼此分开的两个正光焦度透镜组所组成 的。它的特点是孔径大而视场小。
三片型物镜
典型三片型物镜是柯克三片型物镜，它由 三个单透镜“正、负、正”组成，它的视 场比 Petzval 型物镜的大，而相对孔径却要 小些。 ★ 镜头
当焦距很长时，折反射型物镜与折射式物 镜相比，像差容易校正，尤其是二级光谱 可以消除。而且因光路折叠，可以得到特 别紧凑的结构。
★ 镜头
二、镜头简介
缩微物镜
微缩物镜属于具有平像场显微物镜像质的 物镜，即要求全视场内的波像差应小于λ /4、出射光瞳为远心、轴外无渐晕、基本 无畸变的物镜。实用的缩微物镜，基本上 属于双高斯型的改进型。
★ 光源
三、照明技术—偏光技术
使用偏光技术
★ 光源
三、照明技术—防外乱光滤波片
防外乱光滤波片的效果
★ 光源