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客觀準確地判斷鏡頭品質(zhì)：MTF成像曲線圖
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在諸多考量鏡頭品質(zhì)的因素中，有兩點是最客觀的：光學結(jié)構(gòu)和MTF曲線。前者是鏡頭成像相互區(qū)別的基礎(chǔ)，后者是是目前最精確和科學的鏡頭測試方法。雖然各種鏡頭成像素質(zhì)的測試方法層出不窮，但由于測試條件大相徑庭，因此都不能很準確的反應(yīng)鏡頭的真實品質(zhì)。而MTF成像曲線圖，是由鏡頭的生產(chǎn)廠家在極為客觀嚴謹?shù)臏y試環(huán)境下測得并對外公布的，關(guān)于鏡頭成像品質(zhì)最權(quán)威，也是最客觀的技術(shù)參考依據(jù)
什么是鏡頭的MTF曲線？MTF全稱是Modulation Transfer Function，譯為調(diào)制傳遞函數(shù)，其單位以line/mm來表示。MTF綜合反映了鏡頭的反差和分辨率特性， MTF是用儀器測量的，因而可以完全排除膠片等客觀因素的影響和人工判讀的主觀因素影響，是目前最為客觀準確地判斷工業(yè)鏡頭品質(zhì)的方法。
1分鐘快速了解MTF曲線
1. MTF值越接近1越好，即MTF線越高越好
2.粗線越高，說明鏡頭的反差表現(xiàn)越好
3.細線越高，說明鏡頭的分辨率越好
4. MTF曲線越平坦，說明邊緣和中心的成像差距越小
5.實線和虛線越接近，說明鏡頭的焦外成像越好
6.藍線說明鏡頭f/8時的成像水平，近似于鏡頭的最佳成像水平7.黑線說明鏡頭最大光圈時的成像水平，大光圈的價值所在
以上面的曲線為例：
曲線A所代表的鏡頭在低頻段反差適中，但隨著空間頻率的提高，它的衰減過程很慢，說明其素質(zhì)還是不錯的
曲線B所代表的鏡頭在低頻表現(xiàn)很好，說明鏡頭的反差很好，但隨著空間頻率的提高，它的曲線衰減很快，說明鏡頭的分辨率不算很好。
曲線C所代表的鏡頭在低頻時就很快衰減，綜合素質(zhì)較低。
關(guān)于MTF曲線的認讀，需要注意的事項總結(jié)如下：
1、MTF曲線以下包含面積越大越好。MTF曲線越平直越好，平直性說明鏡頭邊緣和中心部分的成像均勻性。
2、 S曲線與M曲線越接近越好
3、 (10線對/mm)曲線代表鏡頭反差特性。高頻(30線對/mm)曲線代表鏡頭分辨率特性。
4、 不要將不同焦距端、不同檔次、不同規(guī)格（全幅、APS-C畫幅）以及定焦和變焦等不同鏡頭做比較，因為它們的特性受設(shè)計規(guī)格、光學特性、像差以及成本、用料的影響很大，不具有可比性。只有同檔次、同規(guī)格的鏡頭才具有比較意義。
5.不要將不同廠家的鏡頭MTF曲線圖進行比較，因為各廠家所公布的MTF曲線圖均是在各自的測試環(huán)境下測量所得，測試環(huán)境存在差異。?
總之，MTF曲線不是萬能的，它也只能判讀鏡頭的反差和分辨率特性，無法判別諸如抗眩光、畸變等特性，大家在合理判讀MTF曲線的同時，要保持理性和客觀的心態(tài)。
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鏡頭是機器視覺系統(tǒng)中的重要組件，對成像質(zhì)量有著關(guān)鍵性的作用，它對成像質(zhì)量的幾個最主要指標都有影響，包括：分辨率、對比度、景深及各種像差。鏡頭不僅種類繁多，而且質(zhì)量差異也非常大，但一般用戶在進行系統(tǒng)設(shè)計時往往對鏡頭的選擇重視不夠，導致不能得到理想的圖像，甚至導致系統(tǒng)開發(fā)失敗。
工業(yè)鏡頭和普通民用用鏡頭的區(qū)別
1、清晰度不同
鏡頭在成像面中心的分辨率是最高的，在邊緣的差之。普通鏡頭在中心分辨率可以基本滿足清晰度的同時，邊緣的清晰度降低很多，比如單反的邊緣分辨率就比較低。 決定鏡頭清晰度的關(guān)鍵因素有三個：
1）鏡片材質(zhì)和純度。鏡片的雜質(zhì)越少，其產(chǎn)生的干擾光線越少，畫面清晰度更高；
2）鏡片的研磨精度。鏡片的研磨精度有研磨設(shè)備決定，目前國內(nèi)鏡頭較國外鏡頭的差異就幾種的這點上；
3）鏡片的鍍膜精度。對鍍膜工藝的精確控制也是鏡頭清晰度的決定因素之一。另外百萬像素鏡頭采用非球面鏡片，可減低像差，在相對于普通鏡頭提高清晰度的同時做到了小型化的設(shè)計；通過特殊的光學設(shè)計技術(shù)，從圖像中心到周邊部分的畫質(zhì)實現(xiàn)高解像力、高對比度的畫面，比傳統(tǒng)鏡頭提高了大約2.5倍以上的解像力，即使是在圖像剪切或放大功能時，依然能保證高畫質(zhì)。
2、光譜透射能力不同
鏡頭的光譜透射能力也有助于畫面清晰度的提高。寬頻率光線的透射，將大大提高攝像機靶面的受光量?？稍鰪姰嬅娴膶Ρ榷群土炼龋瑢Ξ嬅娴募毠?jié)表現(xiàn)更豐富。普通鏡頭的邊緣亮度低。
3、光譜矯正能力不同
只有寬光譜的透射能力對于高清晰成像還遠遠不夠，如果鏡頭的光譜矯正能力不足，反而將使部分波長的光不能準確的在攝像機靶面上成像，致使虛像的產(chǎn)生。這種技術(shù)是普通鏡片通過鍍膜無法實現(xiàn)的。
4.畸變率不一樣
人眼能分辨的畸變大于3%，所以普通鏡頭的畸變一般設(shè)計為2%-3%之間。但對于工業(yè)鏡頭往往不夠。長步道的鏡頭可以做到超低畸變，設(shè)置零畸變。這對于一些要求高精度作業(yè)的檢測非常重要。
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作為光學設(shè)計人員，也許你聽說過這句話：“遠心鏡頭的景深更大，如果要看有高低差物體，選遠心鏡頭就可以了！”這話對嗎？只對了一半，后半句是對的?？锤叩筒钗矬w，用遠心鏡頭沒錯，但絕不是因為景深大。
遠心鏡頭解決的是近大遠小（或者說是透視誤差）帶來的不同高度的倍率差，而不是景深。
當然類似的說法還有“遠心鏡頭畸變小，所以可以用來測量”。應(yīng)用測量沒有問題，但實際上，畸變也是和光學設(shè)計相關(guān)，即使非遠心的CCTV鏡頭，也可以做到0.02%這個級別，只不過，遠心的應(yīng)用集中于測量及對位，因此在設(shè)計遠心鏡頭的時候，我們更注重對畸變的優(yōu)化。
景深，在光學攝影中是一個很重要參數(shù)，它的大小決定著清晰圖像范圍。在遠心光學成像中，景深也是一個經(jīng)常被提及的參數(shù)，它的大小取決于鏡頭倍率、光圈數(shù)、波長、像素大小、客戶使用的邊緣提取算法靈敏度。
對于大多數(shù)遠心系列鏡頭，陳述的景深是在光圈數(shù)為8的整體景深。景深可用于測量應(yīng)用，它通常比缺陷檢測景深要大，圖像的對比度必須盡可能高。? ? ? ? ??
由于這個原因， "景深邊界，圖像可仍用于測量，但為了得到一個非常清晰的圖像，應(yīng)考慮只有一半的名義景深"。
景深非常困難用參數(shù)來定義：它取決于倍率、光圈數(shù)、波長、像素大小、客戶使用的邊緣提取算法的靈敏度。由于這個原因：沒有客觀的，也沒有標準的方式來定義它：這是一個主觀參數(shù)。? ? ? ? ?
一個簡單的法則，快速計算景深的方法如下：? ? ? ? ??
景深 = （工作光圈數(shù) * 像素大小 * 應(yīng)用程序特定參數(shù)） / （放大倍率 * M放大倍率）? ? ? ? ? ?
M = 放大倍率? ? ? ? ? ?
WFN = 工作光圈數(shù)? ? ? ? ? ?
P = 像素大?。ㄎ⒚祝? ? ? ? ? ?
K = 應(yīng)用程序特定參數(shù)
用公式得出的數(shù)據(jù)與我們實際產(chǎn)品冊上面的數(shù)據(jù)略微有所不同，實際上這個公式只是計算數(shù)據(jù)的一種方法（許多實際上的數(shù)據(jù)應(yīng)用是無法依照公式來判斷的）.景深其實并不困難，所以如果需要的話，可以自己測量一下。
測量鏡頭的景深的方法如下：
1） 把您的鏡頭與被測物的工作距離調(diào)到正確的位置；
2） 一旦您的畫面對焦，使用軟件測量你的物體；
3） 現(xiàn)在移動物體使之接近鏡頭然后遠離鏡頭，看您的軟件測量的結(jié)果；
4） 你可以看到你的成像畫面在允許范圍里是不會改變的，這個范圍就是我們所謂的景深范圍。? ? ??
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非球面鏡片及大景深技術(shù)：影響工業(yè)鏡頭成像效果的兩大技術(shù)指標
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? ? 近年來，機器視覺以其性能、成像等優(yōu)勢受到了工業(yè)生產(chǎn)、科學研究眾多行業(yè)的青睞。而機器視覺清晰準確的成像效果自然也與工業(yè)鏡頭的成像技術(shù)密不可分。據(jù)了解，影響鏡頭成像效果的因素涵概鏡片、光圈、景深等幾種主要參數(shù)，目前受關(guān)注比較多的基本上是非球面鏡片和大景深兩大技術(shù)指標，下面中國機器視覺商城就著重分析一下這兩項技術(shù)指標對機器視覺鏡頭成像效果的影響。
一、非球面鏡片技術(shù)指標
? ? 對于鏡頭來說，整個畫面的清晰度是最為重要的指標，這里重點強調(diào)的就是整個畫面。鏡頭鏡片一般有球面和非球面兩種，球面鏡片因其具有固有球差、像散、場曲，使得畫面的清晰度不高，尤其是畫面邊緣甚至會出現(xiàn)虛化等問題。相比之下，非球面鏡片改善了球面鏡片因固有而導致的畫面局限性，有效的提高了畫面邊緣的清晰度，很大程度上避免了相差模糊現(xiàn)象的發(fā)生。
? ? 非球面鏡片的清晰成像效果是無可厚非的，但是，相對的其成本也比較高，而這一點也正是導致非球面在工業(yè)應(yīng)用中還不能達到普及程度的主要原因。不過，由于采用非球面鏡片能夠獲取一個好的圖像，因此還是有不少客戶在使用，而非球面鏡片市場也仍然是影響鏡頭成像效果重要的技術(shù)指標。
二、大景深技術(shù)指標
? ? 景深指的是相機可以清晰成像的距離范圍，也就是說想要獲得清晰的畫面，就需要鏡頭有不錯的景深，景深越大，畫面的清晰范圍就越大，圖像放大后，遠端的景物也依然可以看的清晰。鏡頭的大景深能夠增強畫面清晰度，增大畫面清晰面積，是足以影響鏡頭成像效果的一大技術(shù)指標。那么，我們在選擇大景深鏡頭時，就可以通過成像后放大畫面的清晰度來進行對比。
? ? 景深并不是一個獨立存在的參數(shù)，它跟焦距，光圈、攝距等參數(shù)都有一定的關(guān)系。例如：光圈與景深是成反比的，光圈大，景深小；光圈小，景深大。焦距與景深也成反比，鏡頭焦距長，景深??；鏡頭焦距短，景深大。而攝距與景深則成正比，攝距遠，景深大;攝距近，景深小。
三、其他技術(shù)指標
? ? 除了以上兩大技術(shù)指標外，還有一些因素也在影響著鏡頭的成像技術(shù)。例如：大光圈對畫面的對比度就有著很大的影響，在光線暗淡的條件下，如果光圈不夠大的話，畫面就會顯得暗淡，噪點增加，畫面質(zhì)量就會大幅下降。
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不同使用場所及角度下如何選擇監(jiān)控攝像機的鏡頭
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在視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計過程中，如何選擇攝像機鏡頭至關(guān)重要，而在攝像機鏡頭之前，如果我們掌握了攝像機鏡頭與角度、距離的關(guān)系，那么如何選擇合適的監(jiān)控攝像機鏡頭將變得輕而易舉。
監(jiān)控攝像機鏡頭使用場所及角度
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1、廣角鏡頭：視角在90度以上，一般用于電梯轎箱內(nèi)、大廳等小視距大視角場所；鏡頭一般選擇為2.8MM或2.5MM；? ?
2、視角在60度以上用于5*5米左右場所；鏡頭一般選擇為3.6MM 4MM；? ?
3、視角在50度以上用于8-10米左右場所；鏡頭一般選擇為6MM；? ?
4、視角在40度以上用于10-18米左右場所，鏡頭一般選擇為8MM；??
5、視角在30度以上用于20-30米左右場所，鏡頭一般選擇為12MM~16MM；? ?
6、視角在20度以上用于30-50米左右場所，鏡頭一般選擇為25MM；? ?
7、長焦鏡頭：視角在20度以內(nèi)，焦距的范圍從幾十毫米到上百毫米，用于遠距離監(jiān)視；? ?
8、變焦鏡頭：鏡頭的焦距范圍可變，可從廣角變到長焦，用于景深大，視角范圍廣的區(qū)域；
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9、針孔鏡頭：用于隱蔽監(jiān)控。
鏡頭越小，監(jiān)控的面積越大，而圖像物體相對較?。荤R頭越大，監(jiān)控的面積越小（窄），而圖像物體相對較大。
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在“工業(yè)變倍鏡頭選型”這個問題上，對于熟悉變倍鏡頭來的人說很簡單，而對于不熟悉變倍鏡頭的人，則必須得按變倍鏡頭選型步驟和方法去選擇一款合適的變倍鏡頭。當然，最簡單的方法是只需要告知給變倍鏡頭制造商，您所使用的工業(yè)相機型號、被測物體大小、工作距離等要求，然后變倍鏡頭制造商就會為您提供合適的變倍鏡頭。
首先要了解鏡頭的幾個重要參數(shù)，具體要參考的參數(shù)如下：
參數(shù)一：焦距。焦距是從鏡頭的中心點到顯現(xiàn)清晰影像的焦點之間的距離，焦距是機器視覺鏡頭的重要性能指標，其長短決定著成像的大小、視角的大小以及景深的大小。焦距越短，視角越大，所能觀察的范圍也越大；反之，焦距越常，視角越小，能觀察的范圍也越小。為了能夠更好的實現(xiàn)圖像的采集，鏡頭又分為了定焦與變焦兩大類。
參數(shù)二：光圈。光圈是鏡頭中改變中間孔大小的一個機械裝置，其大小，由焦距和通光孔徑的比值來決定。比值越小，光圈越大，則在單位時間內(nèi)的通光量也越大；反之，比值越大，光圈就會越小，通光量也會隨之變小。
參數(shù)三：拍攝距離。顧名思義，鏡頭的工作面到被測物體的距離就是所謂的拍攝距離。
參數(shù)四：景深。機器視覺鏡頭拍攝被測物體的清晰范圍是有一定限度的，而景深就是指的在被攝物體聚焦清楚后，在物體前后一定距離內(nèi)，能清晰展現(xiàn)的這個范圍。景深與光圈、焦距、拍攝距離有著緊密的聯(lián)系。(1)光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大。(2焦距越長，景深越??；焦距越短，景深越大；(3)拍攝距離越遠，景深越大；距離越近，景深越小。
除了以上四個主要的互相影響的參數(shù)外，機器視覺鏡頭的參數(shù)還包括CCD的尺寸、與相機的接口、分辨率、視野范圍、光學放大倍數(shù)等等。正是這些參數(shù)在影響著機器視覺鏡頭能否發(fā)揮其作用，在選擇鏡頭時，一定要以適合檢測需要為原則，因此，對其參數(shù)的了解時必不可少的。
工業(yè)變倍鏡頭選型攻略
確定變倍范圍：
變倍鏡頭有3個變倍比系列：6.5X變倍比（倍率：0.7X—4.5X，WD:90mm）、8.0X變倍比（倍率：0.6X—5.0X，WD:84mm）、12.5X變倍比（倍率：0.58X—7.5X，WD:84mm）。
確定主鏡頭類型和附加功能
變倍鏡頭的主鏡頭有連續(xù)變倍、定格定倍、電動以及倍率反饋鏡頭四種類型。附加功能有微調(diào)（3mm、12mm）以及搭配同軸光。
確定TV ADAPTER,以及其他配件
1、查看所用相機的SENSOR尺寸，如：1/2"，以及所需要的視野FOV（一般比被測工件略大）。
2、根據(jù)倍率、WD，初步確認TV ADAPTER和附加鏡，并查看FOV表是否滿足要求。
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遠心鏡頭（Telecentric lens）與普通鏡頭的優(yōu)勢對比
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遠心鏡頭（Telecentric lens），主要是為糾正傳統(tǒng)工業(yè)鏡頭視差而設(shè)計，它可以在一定的物距范圍內(nèi)，使得到的圖像放大倍率不會變化，這對被測物不在同一物面上的情況是非常重要的應(yīng)用。遠心鏡頭由于其特有的平行光路設(shè)計一直為對鏡頭畸變要求很高的機器視覺應(yīng)用場合所青睞。
遠心鏡頭又分為物方遠心鏡頭、像方遠心鏡頭和雙側(cè)遠心鏡頭。下面是長步道MV1105A遠心鏡頭實物照片。
遠心鏡頭與普通鏡頭的優(yōu)勢對比
普通工業(yè)鏡頭目標物體越靠近鏡頭（工作距離越短），所成的像就越大。在使用普通鏡頭進行尺寸測量時，會存在如下問題：
1）由于被測量物體不在同一個測量平面，而造成放大倍率的不同；
2）鏡頭畸變大
3）視差也就是當物距變大時，對物體的放大倍數(shù)也改變；
4）鏡頭的解析度不高；
5）由于視覺光源的幾何特性，而造成的圖像邊緣位置的不確定性。
而遠心鏡頭就可以有效解決普通鏡頭存在的上述問題，而且沒有此性質(zhì)的判斷誤差，因此可用在高精度測量、度量計量等方面。遠心鏡頭是一種高端的工業(yè)鏡頭，通常有比較出眾的像質(zhì)，特別適合于尺寸測量的應(yīng)用。
無論何處，在特定的工作距離，重新調(diào)焦后會有相同的放大倍率，因為遠心鏡頭的最大視場范圍直接與鏡頭的光欄接近程度有關(guān)，鏡頭尺寸越大，需要的現(xiàn)場就越大。遠心測量鏡頭能提供優(yōu)越的影像質(zhì)素，畸變比傳統(tǒng)定焦鏡頭小，這種光學設(shè)計令影像面更對稱，可配合軟件進行精密測量
普通鏡頭優(yōu)點：成本低，實用，用途廣。
普通鏡頭缺點：放大倍率會有變化，有視差。
普通鏡頭應(yīng)用：大物體成像。
遠心鏡頭的優(yōu)點：放大倍數(shù)恒定，不隨景深變化而變化，無視差。
遠心鏡頭的缺點：成本高，尺寸大，重量重。
遠心鏡頭的應(yīng)用：度量衡方面，基于CCD方面的測量，微晶學
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工業(yè)鏡頭各參數(shù)間的相互影響關(guān)系
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工業(yè)鏡頭各參數(shù)間相互影響關(guān)系都是需要了解的。一支好的工業(yè)鏡頭，在分辨率、明銳度、景深等方面都有很好的體現(xiàn)，對各種像差的校正也比較好，但同時其價格也會幾倍甚至上百倍的提高。如果我們掌握一些規(guī)律和經(jīng)驗，在組建系統(tǒng)選購鏡頭時就會避免一些損失，使系統(tǒng)達到更好的效果。下面就這個問題具體的來給大家說說。
1.焦距大小的影響情況
焦距越小，景深越大;
焦距越小，畸變越大;
焦距越小，漸暈現(xiàn)象越嚴重，使像差邊緣的照度降低;
2. 光圈大小的影響情況
光圈越大，圖像亮度越高;
光圈越大，景深越小;
光圈越大，分辨率越高;
3. 像場中央與邊緣
一般像場中心較邊緣分辨率高
一般像場中心較邊緣光場照度高
4.光波長度的影響
在相同的攝像機及鏡頭參數(shù)條件下，照明光源的光波波長越短，得到的圖像的分辨力越高。所以在需要精密尺寸及位置測量的視覺系統(tǒng)中，盡量采用短波長的單色光作為照明光源，對提高系統(tǒng)精度有很大的作用。
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攝像機鏡頭是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的最關(guān)鍵設(shè)備，它的質(zhì)量(指標)優(yōu)劣直接影響攝像機的整機指標，因此，攝像機鏡頭的選擇是否恰當，既關(guān)系到系統(tǒng)質(zhì)量，又關(guān)系到工程造價。工程設(shè)計人員和施工人員都要經(jīng)常與安防監(jiān)控鏡頭打交道;設(shè)計人員要根據(jù)物距、成像大小計算鏡頭的焦距，施工人員經(jīng)常進行現(xiàn)場調(diào)試，其中一部分就是把鏡頭調(diào)整到最佳狀態(tài)。
? ? ? ?在閉路監(jiān)控工程中，工程人員往往會碰到鏡頭難以選配的問題;為此，我們提供以下簡單的計算公式，供選取鏡頭時參考：
公式1：F=wD/W
公式2：F=hD/H
說明：
F：鏡頭焦距
D：被攝物體距鏡頭的距離
W：被攝物體需攝取的寬度
H：被攝物體需攝取的高度
W：CCD靶面的寬度
H：CCD靶面的高度
? ? ? ?例：某閉路監(jiān)控工程中，用1/3”的攝像機，攝像機安裝在收銀員的2米高的上方，需要監(jiān)控制收銀員2米寬的柜臺情況，選用多少毫米的鏡頭?
按F=wD/W公式計算
F=4.8X2000/2000=4.8mms
則選用4.8mm的鏡頭即可。
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放大倍率是指通過鏡頭的調(diào)整能夠改變拍攝對象原本成像面積的大小。雖然叫做放大倍率，但是有的鏡頭則可能起到縮小的作用。很多客戶可能對鏡頭放大率了解不多，往往會錯誤操作和使用鏡頭，或者選購不到合適的鏡頭。那么如何計算光學鏡頭的放大率？
1.光學放大率
光學放大倍率=CCD相機元素尺寸/視場實際尺寸 =CCD（V）或（H）尺寸/視場（V）或（H）尺寸
例如：CCD2/3″（長8.8mm×6.6mm），視場范圍（長64mm×48mm）
光學放大倍率=8.8/64=6.6/48=0.1375
2.電子放大率
電子放大率是用相機拍照成像在CCD上的像呈現(xiàn)在顯示器的放大倍數(shù)
3.顯示器放大率
顯示器放大率是被拍物體通過鏡頭成像顯示在顯示器上的放大倍數(shù)?
顯示器放大率=(光學放大率)×(電子放大率)?
例如:光學放大率=0. 2X, CCD大小1/2(對角線長8mm),顯示器14〃?
電子放大率=14×25.4/8=44.45(倍)?
顯示器放大率=0.2×44.45=8.89(倍) (1寸=25.4mm)
4.視場
視場是鏡頭與CCD相機連接時物體可被看見的范圍大小?
視場的大小是:(CCD格式大小)/(光學放大率)?
例子:光學放大率=0.2X，CCD1/2〃(4.8mm長，6.4mm寬)?
視場大小 :長=4.8/0.2=24(mm)?
寬=6.4/0.2=32(mm)
附五種常見的工業(yè)相機傳感器尺寸大小：
1/4″：3.2mm×2.4mm；
1/3″：4.8mm×3.6mm；
1/2″：6.4mm×4.8mm；
2/3″：8.8mm×6.6mm；
1″：12.8mm×9.6mm
如何計算光學鏡頭的放大率就講解到這里，希望對您選購光學鏡頭有所幫助！
