Parameter fisik lensa optik

Lensa industri umum tidak memiliki faktor pembesaran karena lensa industri umum memiliki pembesaran yang berbeda ketika digunakan pada jarak kerja yang berbeda. Pada saat ini, kita perlu menghitung panjang fokus (f) lensa dan jarak kerja (WD) lensa. .

1.1 Perbesaran (x)

Pembesaran x optik digunakan untuk menggambarkan rasio ukuran gambar (H ') dengan ukuran objek (H):

X = h '/h

Umumnya saat pencitraan dengan kamera dengan kamera industri, ukuran gambar adalah ukuran fisik chip kamera (H*V)

H = Jumlah sel horizontal pada chip * panjang sisi piksel

V = Jumlah sel vertikal pada chip * panjang sisi piksel

Ukuran objek (H*V) adalah bidang pandang (FOV) dari seluruh lensa dengan pencitraan kamera

H = h/x

V = v/x

Hubungan yang berguna antara jarak kerja WD, perbesaran (x) dan panjang fokus (f) adalah sebagai berikut: WD = F (x-1)/x

1.2 Focal Length (F)

Panjang fokus, juga dikenal sebagai focal length, adalah ukuran konsentrasi atau divergensi cahaya dalam sistem optik, dan mengacu pada jarak dari pusat lensa ke titik fokus pengumpulan cahaya. Ini juga jarak dari pusat optik lensa ke bidang pencitraan seperti CCD atau CMO di kamera. Sistem optik dengan panjang fokus pendek memiliki kemampuan yang lebih baik untuk mengumpulkan cahaya daripada sistem optik panjang fokus.

Lensa industri umum memiliki parameter panjang fokus tetap, yang merupakan indikator lensa yang paling penting.

Jenis -jenis panjang fokus yang biasa digunakan dalam industri ini adalah: 4mm6mm8mm12mm16mm25mm35mm50mm7mmm100mm, dll. Menurut jarak penggunaan yang berbeda, dan dengan kebutuhan berbagai jenis kamera dan bidang pandang yang berbeda (FOV), kita dapat menghitung panjang fokus yang perlu terjadi dan bidang pandang (FOV), kita dapat menghitung panjang fokus yang perlu terjadi. digunakan. Metode perhitungan seperti di atas.

Panjang fokus yang berbeda, jarak objek yang berbeda dan kamera yang sama dapat muncul bidang tampilan yang sama. Bagaimana cara memilih dalam kasus ini?

Secara umum, tidak disarankan untuk menggunakan metode pencitraan dengan panjang fokus kecil dalam keadaan objek kecil. Metode ini akan menyebabkan gambar memiliki distorsi fisik yang relatif besar.

1.3 Kedalaman Lapangan (DOF)

Depth of Field (DOF) adalah kisaran antara posisi terdekat dan posisi terjauh dari objek ketika diizinkan untuk fokus.

Perkiraan kasar dari kedalaman bidang diberikan oleh formula berikut:

Dof [mm] = wf/#? P [μm]? K/m^2

Di mana P adalah ukuran piksel sensor, m adalah pembesaran lensa, dan k adalah parameter tanpa dimensi tergantung pada aplikasi spesifik.

Seperti dapat dilihat dari rumus di atas, kedalaman bidang lensa terkait erat dengan aperture, dan kedalaman bidang lensa berbanding lurus dengan F#. Dapat dilihat bahwa ketika lensa memiliki jumlah cahaya yang relatif rendah, ia akan memiliki kedalaman bidang yang relatif besar. ,dan sebaliknya.

1.4 Resolusi

Resolusi adalah parameter penting untuk mengukur ketajaman pencitraan lensa.

Secara umum, resolusi ditentukan oleh frekuensi, dan frekuensi diukur dengan logaritma per milimeter (LP/mm), tetapi resolusi lensa bukan nilai absolut. Hubungan antara kotak hitam dan putih bergantian sering disebut sebagai pasangan garis. Kemampuan untuk menampilkan dua kotak sebagai entitas terpisah pada resolusi yang diberikan tergantung pada tingkat abu -abu. Semakin besar jarak abu -abu antara kotak dan ruang (seperti yang ditunjukkan di bawah), lebih kuat kemampuan untuk menguraikan kotak. Pemisahan abu -abu ini disebut kontras (pada frekuensi yang ditentukan). Frekuensi spasial yang diberikan adalah dalam LP/mm. Oleh karena itu, berguna untuk menghitung resolusi dalam LP/mm ketika membandingkan lensa dan menentukan pilihan terbaik untuk sensor dan aplikasi yang diberikan.

Sensor adalah titik awal untuk menghitung resolusi sistem. Mulai dari sensor, lebih mudah untuk menentukan kinerja lensa yang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan sensor atau aplikasi lainnya. Frekuensi tertinggi yang dapat diselesaikan sensor, frekuensi Nyquist, sebenarnya adalah dua piksel atau sepasang garis.

Tabel berikut menunjukkan batas Nyquist yang terkait dengan ukuran piksel yang terlihat pada beberapa sensor umum. Resolusi sensor (resolusi spasial gambar) dapat dihitung dengan mengalikan ukuran piksel (μm) dengan 2 (membuat pasangan) dan membagi produk dengan 1000 untuk mengonversi MM:

Resolusi Sensor (LP/MM) = Resolusi Ruang Gambar (LP/MM) = 1000/2 × ukuran piksel (μm)

Piksel yang lebih besar memiliki resolusi batas bawah. Sensor piksel yang lebih kecil memiliki resolusi batas yang lebih tinggi. Ukuran sensor mengacu pada ukuran area efektif sensor kamera dan biasanya ditentukan oleh ukuran format sensor. Namun, rasio sensor yang tepat akan bervariasi tergantung pada rasio aspek, dan format sensor nominal hanya boleh digunakan sebagai panduan, terutama untuk lensa telecentric dan tujuan pembekuan tinggi. Ukuran sensor dapat dihitung langsung dari ukuran piksel dan jumlah piksel aktif pada sensor.

Ukuran sensor horizontal (mm) = [(ukuran piksel horizontal, μm) × (jumlah piksel horizontal aktif)]/1000 μm/mm

Ukuran sensor vertikal (mm) = [(ukuran piksel vertikal, μm) × (jumlah piksel vertikal aktif)]/1000 μm/mm

Secara umum, pencitraan lensa memiliki objek dan gambar, dan resolusi lensa juga dibagi menjadi resolusi objek dan resolusi gambar. Secara umum, lensa dan pencocokan kamera didasarkan pada resolusi gambar dan ukuran piksel. Keakuratan penilaian didasarkan pada resolusi objek. Apa hubungan antara dua resolusi ini?

Resolusi Spasial Objek (LP/MM) = Resolusi Spasial Gambar (LP/MM) × X

Secara umum, ketika mengembangkan aplikasi, persyaratan resolusi sistem tidak diberikan dalam LP/mm tetapi dalam μm atau inci. Ada dua cara untuk mengonversi:

Resolusi spasial objek (μM) = 1000 (μm/mm)/[2 × resolusi spasial objek (LP/mm)]]

Atau resolusi spasial objek (μM) = ukuran piksel (μm) / pembesaran sistem

1.5 Kontras (Ketajaman)

Kontras menggambarkan tingkat diskriminasi antara hitam dan putih pada resolusi objek yang diberikan. Agar gambar terlihat tajam, detail hitam perlu ditampilkan dalam detail hitam dan putih harus ditampilkan dalam warna putih (seperti yang ditunjukkan di bawah). Semakin banyak informasi hitam dan putih cenderung pada abu -abu tengah, semakin rendah kontras pada frekuensi ini. Semakin besar perbedaan intensitas antara garis terang dan gelap, semakin tinggi kontrasnya.

Dapat dilihat dari sosok bahwa transisi dari hitam ke putih adalah kontras tinggi dan abu -abu di tengah menunjukkan kontras yang rendah.

Kontras pada frekuensi yang diberikan dapat dihitung sesuai dengan rumus berikut. Di antara mereka, IMAX adalah intensitas maksimum (biasanya nilai piksel abu -abu digunakan jika kamera digunakan), imin adalah intensitas minimum:

%Kontras = [(IMAX-IMIN)/(IMAX+IMIN)] × 100

Kontras (ketajaman) lensa secara langsung menentukan akurasi fitur batas yang membedakan ketika kontur visual terdeteksi. Secara umum, deteksi kontur visual menggunakan iluminasi lampu latar untuk menangkap objek. Tingkat kontras secara langsung menentukan keakuratan ekstraksi tepi oleh algoritma gambar, yang pada akhirnya menentukan keakuratan hasil output.

1.6 Aperture (F#) / Numerical Aperture (NA)

Pengaturan f/# pada lensa mengontrol sejumlah parameter lensa: total fluks bercahaya, kedalaman bidang, dan kemampuan untuk menghasilkan kontras pada resolusi yang diberikan. Secara fundamental, f/# adalah rasio antara panjang fokus efektif (EFL) dan diameter bukaan efektif (DEP) dari lensa:

F/#= EFL/ DEP

Nilai f/# tipikal adalah f/1.0, f/1.4, f/2.0, f/2.8, f/4.0, f/5.6, f/8.0, f/11.0, f/16.0, f/22.0, dan sebagainya. Untuk setiap peningkatan f/#, lampu insiden dikurangi dengan faktor dua. Seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Sebagian besar lensa diatur f/# dengan memutar cincin penyesuaian iris, yang pada gilirannya membuka dan menutup aperture iris bagian dalam. Jumlah yang ditandai pada lingkaran penyesuaian menunjukkan fluks bercahaya dan diameter aperture yang terkait. Angka -angka ini sering meningkat dalam kelipatan 21/2. Meningkatkan f/# dengan koefisien 21/2-bit akan membagi dua area aperture, secara efektif mengurangi fluks bercahaya lensa dengan faktor dua. Lensa F/# yang lebih rendah dianggap lebih cepat dan memungkinkan lebih banyak cahaya untuk melewati sistem, sedangkan lensa F/# yang lebih tinggi dianggap lebih lambat dan memiliki fluks bercahaya yang lebih rendah.

Tabel berikut menunjukkan contoh f/#, diameter aperture, dan ukuran pembukaan yang efektif untuk lensa panjang fokus 25mm. Ketika pengaturan diubah dari f/1 ke f/2 dan kemudian dari f/4 ke f/8, aperture lensa untuk setiap interval akan dikurangi menjadi dua. Ini menggambarkan pengurangan fluks yang terkait dengan peningkatan lensa f/#.

Aperture memiliki pengaruh langsung pada kecerahan permukaan pencitraan lensa, tetapi terkait erat dengan kontras gambar, resolusi, dan kedalaman bidang. Ketika kita menyesuaikan aperture lensa, kita harus mempertimbangkan dampaknya pada seluruh gambar. Secara khusus, f/# secara langsung terkait dengan resolusi teoritis dan batas kontras serta kedalaman bidang (DOF) dan kedalaman lensa fokus. Selain itu, ini juga mempengaruhi penyimpangan desain lensa. Karena ukuran piksel terus berkurang, f/# akan menjadi kinerja sistem pembatas faktor terpenting karena berbanding terbalik dengan kedalaman bidang dan resolusi. Dalam persamaan untuk pekerjaan perhitungan f/#, x mewakili pembesaran paraxial dari lensa objektif (rasio gambar dengan ketinggian objek). Perhatikan bahwa semakin dekat X ke 0 (semakin dekat objeknya dengan tak terbatas), semakin dekat jarak kerja f/# adalah ke f/## yang tak terbatas. Dalam kasus jarak kerja yang kecil, penting untuk diingat bahwa F/# berubah seiring dengan jarak kerja yang berubah.

F/# dalam persamaan [f/# = EFL/DEP "didefinisikan pada jarak kerja yang tak terbatas, di mana pembesaran sebenarnya 0. Dalam hal ini, definisi f/# terbatas. Dalam sebagian besar aplikasi penglihatan mesin, Panjang objek dan lensa jauh lebih pendek dari jarak nirkabel, dan f/# lebih akurat dinyatakan sebagai f/# yang berfungsi dalam persamaan berikut.

(F/#) w = (1+ | m |) × f/#

Bukaan numerik (NA), seperti F#, adalah cara untuk menggambarkan aperture lensa. Seringkali lebih mudah untuk berbicara tentang fluks bercahaya total dari perspektif sudut lensa kerucut atau aperture numerik (NA). Bukaan numerik dari lensa didefinisikan sebagai sinus dari sudut ray marjinal dalam ruang gambar. (Seperti yang ditunjukkan di bawah)

Hubungan antara f/# dan aperture numerik Na:

Na = 1/[2 × (f/#)]

Tabel berikut menunjukkan tata letak f/# yang khas dari lensa (masing -masing digit berikutnya bertambah dengan faktor 21/2) dan hubungannya dengan aperture numerik.

Bukaan numerik sering dicatat dalam mikroskop, bukan f/#, tetapi lubang numerik yang ditugaskan untuk tujuan mikroskop ditentukan dalam ruang objek karena pengumpulan cahaya lebih mudah pada titik ini. Dalam kasus lain, konjugasi tak terbatas dapat dianggap sebagai tujuan penglihatan mesin yang berlawanan (berfokus pada infinity).

Edisi berikutnya dari BTSO akan terus berbagi pengenalan parameter penyimpangan lensa optik yang relevan. Ada pertanyaan terkait dan kami menyambut Anda untuk meninggalkan pesan di WeChat!