CCD以及镜头入门知识课件

#,镜头基本知识,2,3,光路计算,工业数字相机基本知识,1,镜头基本知识23光路计算工业数字相机基本知识1,1,感光器件类型,工业数字相机基本知识,分为两大类，,CCD,器件和,CMOS,器件,CCD,CMOS,设计,单一感光器,集中统一放大,每个感光器连接放大器,灵敏度,同样面积下高,感光开口小,灵敏度低,成本,线路品质影响程度高，成本高,CMOS,整合集成，成本低,解析度,连接复杂度低，解析度高,新技术解析度高,噪点比,单一放大，噪点低,放大器多,特性不同，噪点高,功耗比,需外加电压，功耗高,直接放大，功耗低,感光器件类型工业数字相机基本知识分为两大类，CCD器件和CM,2,按用途分类,工业数字相机基本知识,分为机器视觉相机和安防监控相机两大类,机器视觉,安防监控,触发采集模式,含有触发采集接口,无触发采集接口,分辨率,从高到低都有，很丰富,一般较低,程序接口,有完善的程序开发库，尤其对图像捕捉功能支持很齐全,一般只有连续视频捕捉功能,价格,贵,很便宜,数据传输接口,各种类型都有，,USB,，千兆以太网，,CameraLink,，,1394,等等,目前以模拟接口为主，数字接口较少,按用途分类工业数字相机基本知识分为机器视觉相机和安防监控相机,3,按感光单元排列方法,工业数字相机基本知识,分为线阵扫描相机和面阵扫描相机,线阵相机,面阵相机,结构特点,结构简单，在同等分辨率下成本较低,结构复杂，在同等分辨率下成本较高,应用场合,匀速运动的的物体，例如工业流水线,可以是静止，也可以运动，,分辨率,512/,行,2k/,行，,4K/,行,640480,，,800600,，,102476820481536,或者更高,光源,光源只需要一窄条，整个画面比较均匀，能在低照度下工作,整个面的光源较难做到均匀，照度要求高，,彩色相机形式,三线,CCD,，或者棱镜分光,彩色滤光膜，,bayer,算法,按感光单元排列方法工业数字相机基本知识分为线阵扫描相机和面阵,4,彩色形成方式,工业数字相机基本知识,彩色覆膜,+bayer,算法,棱镜分光方法,彩色形成方式工业数字相机基本知识彩色覆膜+bayer算法棱镜,5,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）。,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。,KEYENCE的CCDCCD:是Charge Couple,6,CCD,的型号,种类,31,万,100,万,分辨率,512*480,，,640*480,100*100,单元大小,7.4um*7.4um,型号,CV-H035C,CV-035C,CV-S035C,CV-H100C,CV-H035M,CV-035M,CV-S035M,CV-H100M,逐行扫描,4.7ms,16.0ms,20.5ms,传输频率,40MHz*2ch,40MHz*2ch,传输方式,数字序列传输,Y,方式尺寸,3.6mm,7.4mm,CCD的型号种类31万100万分辨率512*480，640*,7,CCD,的型号,种类,200,万,500,万,分辨率,1600*1200,2432*2050,单元大小,4.4um*4.4um,3.45um*3.45um,型号,CV-H200C,CV-200C,CV-S200C,CV-H500C,CV-H200M,CV-200M,CV-S200M,CV-H500M,逐行扫描,29.2ms,58.5ms,61.2ms,传输频率,41MHz*2ch,40MHz,65MHz*2ch,传输方式,数字串行传输,数字序列传输,数字串行传输,Y,方式尺寸,5.3mm,7.1mm,CCD的型号种类200万500万分辨率1600*120024,8,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。,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,CCD的选型1检测精度,9,镜头外形,镜头基本知识,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,镜头外形镜头基本知识机器视觉常用定焦镜头，并且都是手动调整光,10,常用镜头参数：焦距,镜头基本知识,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,常用镜头参数：焦距镜头基本知识镜头焦距是指镜头光学后主点到焦,11,常用镜头参数：光圈,镜头基本知识,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,常用镜头参数：光圈镜头基本知识光圈是一个用来控制光线透过镜头,12,常用镜头参数：景深,镜头基本知识,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。,常用镜头参数：景深镜头基本知识镜头景深是指镜头对焦前后所能成,13,景深与对焦之间的关系,景深与对焦之间的关系,14,CCD以及镜头入门知识课件,15,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。,焦距，光圈和景深的关系可以归纳如下：,16,光圈越小，景深越大,镜头基本知识,光圈越小，景深越大镜头基本知识,17,增加景深的问题,镜头基本知识,1,小光圈,2,小焦距,3,大距离（,WD,）,4,高照明,增加景深的问题镜头基本知识1小光圈,18,常用镜头参数：分辨率,镜头基本知识,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,CCD,的芯片的分辨率越高，要求的镜头的分辨率也越高,常用镜头参数：分辨率镜头基本知识镜头分辩率指的是在像平面处1,19,常用镜头参数：变形率,镜头基本知识,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,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%,常用镜头参数：变形率镜头基本知识所有的镜头都存在有变形的现象,20,C,接口和,CS,接口,镜头基本知识,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,),如果,CS,相机接口安装,C,接口镜头，必须加装,5mm,厚的接圈,C接口和CS接口镜头基本知识C接口:镜头基准面到焦平面（也就,21,常用镜头参数：放大倍率,镜头基本知识,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。,常用镜头参数：放大倍率镜头基本知识指物体通过透镜在焦平面的成,22,常用镜头参数：光学放大倍率,镜头基本知识,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),常用镜头参数：光学放大倍率镜头基本知识用于计算主要缩放比例的,23,常用镜头参数：显示放大倍率,镜头基本知识,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。,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,常用镜头参数：显示放大倍率镜头基本知识显示放大倍率在显微中应,24,镜头的选择要点,镜头基本知识,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，以有利于运动控制。,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。,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。,镜头的选择要点镜头基本知识1、视野范围、光学放大倍数及期望的,25,CCD,成像基础公式,光路计算,1/u+1/v=1/f,u:,物距,v:,像距,f:,焦距,CCD,靶面,镜头中心点,目标物体,v,u,视角,CCD成像基础公式光路计算1/u+1/v=1/fu:,26,CCD,光路计算规律,光路计算,在我们的计算中，一般有如下规律,uf,:,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,vf,:,由于,uf,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,vf,，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,CCD光路计算规律光路计算在我们的计算中，一般有如下规律,27,视角和镜头中心点,光路计算,CCD,靶面,镜头中心点,v,视角,视角,2arctag(CCD,靶面尺寸,/2v,),由于,vf,，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,视场范围,u,视角和镜头中心点光路计算CCD靶面镜头中心点v视角视角2a,28,视角和镜头以及,CCD,尺寸均相关,1/3”CCD,视角,标准镜头是指和人