镜头和光源的基础知识介绍

Part.4—镜头和光源的基础知识介绍

北京微视凌志技术支持部培训2008.4镜头★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

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不易

反射式望远镜头：另一种超望远镜头的设计，利用反射镜面来构成影像，仅能以快门来调整曝光。

微距镜头（marcolens）：除作极近距离的微距摄影外也可远摄一、分类★镜头二、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。★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％。★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。★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

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。三、接口★镜头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。三、接口★镜头

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C与CS口的区别仅仅在于镜头定位面到图像传感器光敏面距离不同。C是17.5mm,CS是12.5mm四、镜头参数★镜头焦距：f

光圈通光量：F

靶面

最小拍摄距离分辨率视角：ω焦距f≈像距v焦距f≈h*u/H其中：h—sensor宽度

H—实物高度

u—物距F=f/D2其中：f—焦距 D—最大光圈直径Sensor对角线长度tg(ω/2)≈H/2u其中：H—实物高度

u—物距每毫米线对，即每毫米能够分辨出的线对(一黑一白)的条数F型接口类型摄像物镜焦距表(mm)C,CS型接口类型摄像物镜焦距表(mm)类型鱼眼型超广角型广角型标准型焦距7.5，1517，2024，28，3550类型1/3″1/3″，1/2″2/3″，1″焦距2.8-3.53.5-68-75四、镜头参数★镜头类型弱光物镜普通物镜强光物镜超强光物镜F>6.35.6-3.53.5-1.4<1.4类型小视场中视场广角超广角2ω<3030-6060-100>100类型2/3″，1″1/3″，1/2″1/3″，1/2″2ω17，3.762，4386，67四、镜头参数摄像物镜光圈表F接口类型摄像物镜视场表(度)C，CS接口类型摄像物镜视场表(度)★镜头f(mm)F2ω(°)Petzval1-4.51-5.60.8-240-5040标准物镜501.446广角物镜Topgon型Pyccap型同心物镜鱼眼型17，2017，2017，207.5，155.6-6.55.6-82，2.890-100120130180-270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28-500.7542.8-42.5-422<3.5151260-90>18046-75四、镜头参数F型接口类型摄像物镜的主要参数★镜头光源★光源一、地位与重要性摄取图像处理图像(加工·分析)运动控制理想的图像★光源一、地位与重要性★光源地位：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。 明亮、稳定、均匀的光源极其重要。目的：将被测物与背景尽量明显的区分开。二、光源的种类★光源高频荧光灯光纤卤素灯LED灯二、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★光源发光二极管★光源SCHOTT★光源CCS二、光源的种类—LED灯★光源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二、光源的种类—LED灯★光源主要颜色红、蓝、绿、白其他橙色、红外、紫外二、光源的种类—LED灯★光源中心波长三、照明技术★光源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”三、照明技术—照射光的种类★光源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。三、照明技术—直射光与漫射光★光源直射光 VS 漫射光(Regularlight

&

Diffusedlight

)明亮射角窄会有光点较暗射角宽无光点光斑均匀★光源直反射 VS 漫反射(Regularreflection

&

Diffusedreflection

)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平面&光洁表面粗糙三、照明技术—直射光与漫射光★光源镜纸桌三、照明技术—直射光与漫射光★光源明视野 VS 暗视野( Brightfield

&

Darkfield

)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★光源明视野 VS 暗视野( Brightfield

&

Darkfield

)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★光源明视野 VS 暗视野( Brightfield

&

Darkfield

)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★光源背光源的应用(Penetratinglight)三、照明技术—透射照明因材质和厚度不同，对光的透过特性(透明度)各异；光根据其波长之长短，对物质的穿透能力(穿透率)各异；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；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。★光源背光源的应用(Penetratinglight)三、照明技术—透射照明★光源补色(Utilizationofcolor

)三、照明技术—色颜色的反射，红色以外的颜色被吸收白色★光源补色(Utilizationofcolor

)三、照明技术—色补色(Utilizationofcolor

)三、照明技术—色紅白★光源补色(Utilizationofcolor

)三、照明技术—色緑藍★光源补色(Utilizationofcolor

)三、照明技术—色青★光源三、照明技术—偏光技术 偏光镜 偏光板★光源三、照明技术—偏光技术没有用偏光技术★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★光源四、常用光源检测IC芯片上的印刷字符

检测电路板上的零件

检测塑料容器的底部

标签检测

检测液晶玻璃基板的标记直接型沐光方式高密度光输出，产生鲜明逼真的图像★光源读取发动机部件上的印刷标记

晶片损伤检测

BGA焊点位置和面积的检查

读取刻印字符

检查玻璃基板，晶片损伤，污点直接型低角度方式工作模块边缘检测和光滑表面的划痕检测★光源检测小型LCD面板

标签检测

陶制封装件的外部和裂缝检测

QFP，SOP检测

金属板表面