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随着自动化的增加，CCD相机和镜头倍率被列入议程。很多朋友开始被客户问到这个问题，大部分都回答不好客户的问题，形成了CCD相机一样存在相机和镜头倍率。相信很多朋友都查阅了各大网站和资料，算法看起来很麻烦。可能是基于这个英寸转换问题和自动化领域相对陌生的原因。今天，测量攻城狮挤出一点时间与大家分享CCD相机，镜头倍率算法，让大家都能说一两个。

认识CCD结构：CCD相机 镜头

CCD相机

CCD芯片靶面尺寸

单位是：mm

如上图所示，如果靶面尺寸为1/4，则靶面对角线为4mm，光学放大率0.5X，显示器14英寸.

显示放大率=0.5*14*25.4/4=44.45X

假设物镜放大到3X，然后放大倍率=44.45*3=133.35X

CCD选择专业名词和型号

首先，确定工业相机的接口、靶面尺寸和分辨率。例如，2/3" 工业相机，C接口，500万像素；然后我们可以首先确定所需的工业镜头是C接口，至少支持2/3", 超过500万像素。

其次，确定要达到的视野范围(FOV)和工作距离(WD)，然后根据这两个要求和已知的靶面尺寸计算工业镜头的焦距(f)。计算公式如下：

焦距f ＝工作距离(WD) × 靶面尺寸( H or V) /视野范围 FOV( H or V)

视野范围FOV ( H or V)＝工作距离(WD) × 靶面尺寸( H or V) / 焦距f

视野范围FOV( H or V)＝ 靶面尺寸( H or V) / 光学倍率

工作距离WD = f(焦距）× 靶面尺寸/视野范围FOV( H or V)

光学倍率 ＝ 靶面尺寸( H or V) /视野范围FOV( H or V)

（H代表CCD靶面水平宽度，V代表CCD靶面垂直高度）

比如视野是100*100mm, WD是500mm,工业镜头的焦距从工作距离确定为50mm市场上工业镜头的焦距一般为12mm, 16mm, 20mm, 25mm, 35mm, 50mm, 75mm。工业镜头的焦距越小，视角越大，视野越大。

若靶面为2/3" 可以选择35mm焦距工业镜头；靶面1/2" 则需要25mm焦距工业镜头，或更小，以此类推。

例如：CCD2/3″（长8.8mm×6.6mm），视场范围(长64mm×48mm）

光学放大率=8.8/64=6.6/48=0.1375

工业相机与镜头分辨率匹配

镜头的成像质量有自己的一系列测量指标。一般来说，相机的成像质量应与镜头的成像质量相对应，差异不能太大。无论镜头有多好，机身传感器的分辨率都不能提高，其高质量的拍摄能力也不能显示出来； 无论机身画幅和分辨率有多高，镜头画质都不强，也无法捕捉到优秀的画质。

一般来说，在选择工业相机和镜头时，为了便于记住镜头和相机之间的匹配关系，人们经常使用相应相机的分辨率来命名镜头。其实这种命名方式并不科学，同时也给新接触视觉系统的人带来了很多误解。百万像素分辨率相机对应百万像素镜头，200万像素分辨率相机对应200万像素镜头，500万像素分辨率相机对应500像素镜头。事实上，镜头对应的不是相机本身的像素分辨率（像素数），而是各自的极限空间分辨率（即传递函数MTF（MODULATION Transfer Function）相应的空间截止频率)。

(注:镜头分辨率指1mm黑白对数可以在内部区分，镜头的性能主要取决于MTF曲线判断，曲线变化越温和越好)

镜头的选型实例(已定相机选择镜头)

已知客户镜头尺寸为1/3，接口为CS接口的视野大小为12*10mm要求精度为0.02mm，应该选择多少分辨率相机？

计算方法：

(12/0.02)*(10/0.02)=30万像素，但如果是缺陷检测，通常不仅用一个像素来表示精度，而是乘以3-4倍，即30万像素*4=120万像素。最低像素不少于120万。

已知客户要求的系统分辨率为0.06mm,像元(相机像素尺寸)大小为4.7um，工作距离大于100mm，光源为白色LED灯，那么需要多少焦距镜头呢？

计算方法：

1)如果客户没有变焦要求，可以选择定焦镜头

2)尽量使用具有测量功能的小畸变镜头或远心镜头

3）焦距计算

成像放大率M=4.7/(0.06*1000)

f=L*M/(M 1)

(注:镜头的成像面应大于或等于CCD尺寸、镜头接口与相机配合)

工业相机传感器尺寸尺寸尺寸

F=2.8mm镜头，拍摄距离为1~4米，拍摄角度115°

F=3.6mm拍摄距离为2~6米拍摄角度93°

F=6mm 拍摄距离为3~15米 拍摄角度为53°

F=8mm 拍摄距离为4~20米 拍摄角度为40°

F=12mm拍摄距离为5~25米 拍摄角度为25°

F=16mm拍摄距离为5~30米 拍摄角度为20°

F=25mm拍摄距离为20~拍摄角度1580米°

计算工业镜头视场范围

视场的大小=(CCD格式大小)/(光学放大率)

例如，光学放大率=0.8X，CCD1/2〃(长4.8mm×宽6.4mm)视场大小:

长＝4.8/0.8＝6(mm), 宽＝6.4/0.8＝8(mm)。

镜头计算公式，Y=f*tanθ y:像的大小 f:焦距θ:半画角，θ=2tan-1*y/2f，例:1/2寸相机配122寸相机.5mm镜头时画面横向视觉场景如下：θ=2tan-1*6.4/2*12.5=28.72。

以上为CCD对相机和镜头的简要介绍应充分理解CCD，还需要研究数值孔径NA和F#、相机精度(分辨率(像元)、镜头精度(分辨率(艾利斑)、线阵相机、面阵相机、远心镜头、景深等知识。这里只介绍光学倍率、焦距等计算及相关术语的解释。

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