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常见光学名词图解
发布时间:2017-08-31

在视觉系统选型中,我们通常会遇到很多光学名词,对于初学者来说,有些名词的概念不甚明了。维视图像从事机器视觉和光学设备的研发生产十余年,其中BTOS系列远心光学产品就非常具有代表性,今天就和大家一起来看看这些常用的光学名词是何含义。

1、焦距(f):即透镜中心到焦点的距离。镜头的焦距分为像方焦距和物方焦距。像方焦距是指像方主面到像方焦点的距离;物方焦距是指物方主面到物方焦点的距离。如下图:

焦距

2、视场角(FOV):镜头能拍摄到的最大视场范围。

视场角

FOV的大小决定于对景物的拍摄视角范围,FOV越大,相对的可拍摄取得的视角也越大,而相对的在镜头的设计上也较困难。

fFOVsensor size互相关联,如图:

视场角

h=f*tan(θ)

hmax=f*tan(θmax

其中hmax=Sensor对角线尺寸)/2,θmax=FOV/2

3、焦数:即我们常说的F数,等于有效焦距(EFL)与入射瞳孔直径(EPD)的比值,F/#=EFL/EPD

4、畸变:分为枕形畸变和桶形畸变,分别如下图bc所示,计算公式如下:

畸变

5、照度:物体或被照面上被光源照射所呈现的光亮程度,成为照度。相对照度为中心照度与外围照度比值。

6、主光线:光线由物的边缘出射,通过孔径光阑的中心最后到达像的边缘,图中红色的线就是主光线。主光线角度为主光线与平行光线的角度。

主光线

7、入瞳:简单的定义就是指在物空间所观测到的孔径光阑(光圈)的像,也就是孔径光阑对前面光学组件所成的像。

8、出瞳:基本定义是在像空间观测到的孔径光阑,也就是孔径光阑对后面光学组件所成的像。

入瞳-出瞳

9、最大成像:圆光学系统所成像的最大直径圆,取决或决定于配合使用的Sensor尺寸。

10、光学后焦(FBL):光学系统最后端至成像面的长度。

11、机构后焦(BFL):镜头最后端至成像面的长度。机构后焦对于Sensor及被动元件(电容等)息息相关,空间越小,可放置的空间也越小,相对的成像调焦距离也相对越小。

12、像素(Pixel):图像最小的计量单位。如1/4”1.3MPixel size2.8u,长为1280 Pixel,宽为1024 PixelSensor长×宽为(1280x2.8x1024x2.8)。

13、光学调制传递函数(MTF,即Modulation Transfer Function

ModulationM)的定义:(光的最亮度减去光的最暗度)与(光的最亮度加上光的最暗度)的比值,所得出来的结果M,就是光的对比度。

MTF

12条的Sensor为例,MTF的需求计算如下:

Sensor全频解像力:1000/2.8u/2=179lp/mm2.8u:Pixel size

MTP>20%(镜头实际值,设计值应更高)

MTF

14、解像力(分辨率):每1mm可解析的线对Line pair,单位为本(lp/mm)。

Sensor全频解像力(黑白):1000/2.8u/2=179lp/mm,但对彩色(RGB)而言,Sensor是以每4Pixel为一个解析点(如下图),Sensor所需要的本数计算如下:

中心1000/2.8u/2/√2=126 lp/mm→120 lp/mm(中心通常解析会较高)

外围1000/2.8u/2/√3=103 lp/mm→100 lp/mm(外围为0.7F)

√2为一般计算方式,但不同厂牌或型号Sensor处理逻辑不同,会有差异)

解像力

15、TV-Line在画面水平影像中可解析多少条线,可由解像力来换算。

TV Line=LP/mm x 2 x Sensor宽,依然以12Sensor为例:

中心解像力1000/2.8u/2/√2=126 lp/mm→126x2x1024x2.8/1000=722→700 TV Line

外围解像力1000/2.8u/2/√3=103 lp/mm→103x2x1024x2.8/1000=590→600 TV Line

但有时会因噪声干扰而无法解析700/600TV-Line,所以市场需求最低为:

中心600TV Line,外围500TV Line

16、红外滤波器IR cut filter主要是用来阻隔红外线,使得Sensor对红外线变得较为不敏感。一般光谱如下:

红外滤波器

17、低通滤波器OLPF(Optical Low Pass Filters):主要消除纱窗效应,应用于CCD或CMOS成像系统中,达到高质量之成像效果。OLPF是利用石英材料之双折射特性,依据各种CCD之规格需求而设计,若系统要求高质量效果,则石英需由不同厚度、角度及片数作各种堆栈设计。下图为有使用OLPF和无使用OLPF的差异。

低通滤波器

18、总高TTL(Total Track Length):可分为光学及机构,一般在光学试样中为光学TTL,在镜头图面中为机构TTL。光学TTL为从光学系统的第一片镜片至成像面的长度,如下图红色部分。机构TTL为从Barrel顶端至成像面的长度,如蓝色部分。

TTL

19、对比(Contrast):指影像中的明亮区域与阴暗区域的明度比率。如下图的比较:

对比

当然,以上内容并不能完全包含所有的光学名词,希望能对您有所助益。

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