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1、光学成像原理光学成像原理光学成像原理简介一个成像系统主要包含以下几个要素:视场: 能够在显示器上瞧到的物体上的部分分辨率: 能够最小分辨的物体上两点间的距离景深 : 成像系统能够保持聚焦清晰的最近与最远的距离之差工作距离 : 观察物体时 ,镜头最后一面透镜顶点到被观察物体的距离畸变: 由镜头所引起的光学误差, 使得像面上各点的放大倍数不同,导致变形视差 : 就是由传统镜头引起的 , 在最佳聚焦点外物体上各点的变化 ,远心镜头可以解决此难题。图像传感器尺寸: 图像传感器( 一般就是CCD或CMOS ) 有效的工作区域, 一般指的就是水平尺寸。对所希望的视场来说, 这个参数对决定预先放大倍数( P
2、MAG )就是很重要的。多数图像传感器的长度与宽度之比就是4:3 ,如下图所示。光学成像原理预放大倍数: 就是指视场与图像传感器尺寸的比值, 这个过程就是由镜头来完成的系统放大倍数: 就是指显示器上的图像与实际物体大小的比值, 也就就是整个系统的放大倍数。它也可以写成预放大倍数与电子放大倍数的乘积,而电子放大倍数则就是显示器尺寸与图像传感器尺寸的比值。分辨率: 分辨率的大小表征了对物体上细节的辨别能力, 下图简单的说明了物体上的两个方块区域成像到CMOS/CCD相机上。可以瞧出, 因为图像传感器上像素间的距离已经确定 , 如果想要区分物体上很近的两点, 它们之间必须隔开一定的距离。与分辨率相关
3、的术语有以下几个:每毫米对线 ( lp/mm ) :如上图所示,一对线就是指一个红色的区域与一个空白的区域。分辨率就就是用每毫米上对线的数量来表示,因此分辨率常常被瞧作就是空间频率。这个频率的倒数就是指最小可分辨的物体上两点间的距离,用毫米来表示。这个参数可以用来表征镜头或者相机的分辨率。像素数: 数码相机的分辨率也可以用图像传感器的像素数来表示。如图所示, 一对线与两个像素相对应, 换句话说 ,如果要使两个红色区域分开, 就必须一个像素贡献于红色区域 , 一个像素贡献于红色区域间的空白。光学成像原理TV线 :在模拟制式CCD相机中 ,用成像后可分辨的黑白线的数目来表示。这个值就是没有单位的,
4、 不能够与每毫米对线相混淆。C/CS接口 :这就是工业界CCD与CMOS相机普遍使用的螺纹标准, 螺纹规格就是32 TPI ,即每英寸32 线。如下图所示,对C 接口 , 从后凸沿到像平面的距离就是17 、 526mm;而对CS接口 ,从后凸沿到像平面的距离就是12 、 5mm。一个C 接口的镜头可以通过一个5mm的接圈接到CS接口的相机上。光学镜头相关知识焦点与焦距 :焦点就是指一簇平行于光轴的平行光经过透镜以后, 汇聚成的一点。而焦距则就是镜头的主平面到焦点之间的距离, 由于镜头一般有数片凸透镜与凹透镜组成,所以无法直接判别主平面的位置但通过严格的计算可以得出。要注意后焦面与焦平面的区别 ,后焦面就是指镜头的最后一片透镜到成像面的距离, 如下图所示 :光圈系数 ( f/# ):光圈就是用来控制镜头进光量的大小,在光学上称作孔径光阑。对于不同的镜头而言,光阑的位置不同, 焦距不同 ,入射瞳直径也不相同, 用孔径来描述镜头的通光能力, 无法实现不同镜头的比较。所以一般采用相对孔径的方法来表示 , 即相对孔径 = 镜头焦距 / 入射瞳直径 = f/d在成像系统中, 对光圈的调节就是很重要的,它可以控制进光量,调节曝光 ; 同时 , 减小光圈能够提高系统的景深 , 并提高成像的质量。