鏡頭和光源的基礎(chǔ)知識(shí)介紹

Part.4—鏡頭和光源的基礎(chǔ)知識(shí)介紹

北京微視凌志技術(shù)支持部培訓(xùn)2008.4鏡頭★鏡頭一、分類

焦距：短焦鏡頭、中焦鏡頭，長(zhǎng)焦鏡頭

視場(chǎng)：廣角、標(biāo)準(zhǔn)、遠(yuǎn)攝鏡頭

結(jié)構(gòu)：固定光圈定焦鏡頭，手動(dòng)光圈定焦鏡頭，自動(dòng)光圈定焦鏡頭，手動(dòng)變焦鏡頭、自動(dòng)變焦鏡頭，自動(dòng)光圈電動(dòng)變焦鏡頭，電動(dòng)三可變（光圈、焦距、聚焦均可變）鏡頭?！镧R頭

標(biāo)準(zhǔn)鏡頭：視角約50度

廣角鏡頭：視角90度以上，適用於拍攝距離近且范圍大的景物，又能刻意夸大前景表現(xiàn)強(qiáng)烈遠(yuǎn)近感

特廣角鏡頭：100－120度

長(zhǎng)焦距鏡頭：適于拍攝距離遠(yuǎn)的景物，景深小容易使背景模糊主體突出，但笨重且對(duì)動(dòng)態(tài)主體對(duì)焦不易

反射式望遠(yuǎn)鏡頭：另一種超望遠(yuǎn)鏡頭的設(shè)計(jì)，利用反射鏡面來(lái)構(gòu)成影像，僅能以快門來(lái)調(diào)整曝光。

微距鏡頭（marcolens）：除作極近距離的微距攝影外也可遠(yuǎn)攝一、分類★鏡頭二、鏡頭簡(jiǎn)介

Petzval物鏡由彼此分開(kāi)的兩個(gè)正光焦度透鏡組所組成的。它的特點(diǎn)是孔徑大而視場(chǎng)小。

三片型物鏡典型三片型物鏡是柯克三片型物鏡，它由三個(gè)單透鏡“正、負(fù)、正”組成，它的視場(chǎng)比Petzval

型物鏡的大，而相對(duì)孔徑卻要小些。★鏡頭二、鏡頭簡(jiǎn)介雙高斯型物鏡大孔徑攝像物鏡（系指F數(shù)<2），經(jīng)常采用雙高斯型物鏡及其改進(jìn)物鏡。這是一種用厚透鏡來(lái)校正像面彎曲的系統(tǒng)。

廣角鏡頭廣角物鏡的視場(chǎng)超過(guò)60°，而視場(chǎng)超過(guò)100°的物鏡則稱為超廣角物鏡。廣角物鏡大都采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，光欄位于鏡組中央，鏡片相對(duì)光闌對(duì)稱可以消除畸變，這對(duì)于擴(kuò)大物鏡視場(chǎng)是十分有利的。最早出現(xiàn)的對(duì)稱物鏡是Hypogon物鏡，它僅由兩片對(duì)稱的正透鏡組成，相對(duì)孔徑很小。★鏡頭二、鏡頭簡(jiǎn)介

Topogon物鏡在Hypogon物鏡的里面加入一組對(duì)稱于光闌的負(fù)透鏡就得到Topogon物鏡，它的相對(duì)孔徑為1：6.3，視場(chǎng)角為100°，畸變?yōu)?.3％。Pyccap鏡頭一種對(duì)稱型廣角和超廣角物鏡，它的半部可以看作是Hill全天物鏡。而Hill物鏡則可看作是魚(yú)眼物鏡的雛型。Pyccap物鏡是把Hill物鏡對(duì)稱于光闌重疊起來(lái)，是用于航空攝像測(cè)量最優(yōu)良的物鏡。★鏡頭二、鏡頭簡(jiǎn)介

同心物鏡同心物鏡指所有球面具有同一個(gè)曲率中心的物鏡。這種物鏡成像在凹球面上。它的特點(diǎn)是廣角（2≈130°）和很大的相對(duì)孔徑（～1：2）。很多廣角和超廣角物鏡，乃至魚(yú)眼物鏡，都是對(duì)前組進(jìn)行復(fù)雜而獲得的。有的魚(yú)眼物鏡的視場(chǎng)角更大，甚至高達(dá)270°。★鏡頭二、鏡頭簡(jiǎn)介

折反射型物鏡當(dāng)焦距很長(zhǎng)時(shí)，折反射型物鏡與折射式物鏡相比，像差容易校正，尤其是二級(jí)光譜可以消除。而且因光路折疊，可以得到特別緊湊的結(jié)構(gòu)。★鏡頭二、鏡頭簡(jiǎn)介

縮微物鏡微縮物鏡屬于具有平像場(chǎng)顯微物鏡像質(zhì)的物鏡，即要求全視場(chǎng)內(nèi)的波像差應(yīng)小于λ/4、出射光瞳為遠(yuǎn)心、軸外無(wú)漸暈、基本無(wú)畸變的物鏡。實(shí)用的縮微物鏡，基本上屬于雙高斯型的改進(jìn)型?！镧R頭二、鏡頭簡(jiǎn)介

近攝物鏡簡(jiǎn)單的近攝物鏡是在照相鏡頭和CCD相機(jī)之間加入一個(gè)接圈，由此CCD的敏感面可以位于照相鏡頭的像方焦面的外面一段距離，從而可以攝取到較近距離目標(biāo)的像，但它受到圖像清晰度的限制?！镧R頭二、鏡頭簡(jiǎn)介

近攝物鏡在攝像物鏡前端擰上一個(gè)近攝透鏡，可以攝取到更近距離目標(biāo)的像。采用近攝鏡后，目標(biāo)像的畸變?cè)龃罅耍瑸榇?，近攝透鏡的屈光率不能太大，使原工作距離的縮短量一般不超過(guò)20％。★鏡頭二、鏡頭簡(jiǎn)介

遠(yuǎn)攝物鏡與近攝物鏡相反，為了對(duì)遠(yuǎn)距離目標(biāo)攝取到清晰圖像，要采用遠(yuǎn)攝物鏡。這種物鏡是一長(zhǎng)焦距物鏡。遠(yuǎn)攝物鏡可以是折射系統(tǒng)、反射系統(tǒng)或折反射系統(tǒng)。反射式遠(yuǎn)攝物鏡常采用卡塞格林式遠(yuǎn)攝物鏡。折反式遠(yuǎn)攝物鏡由于采用前部校正透鏡，其成像質(zhì)量更加良好。★鏡頭二、鏡頭簡(jiǎn)介

遠(yuǎn)心物鏡在測(cè)量系統(tǒng)中，物距常發(fā)生變化，從而使像高發(fā)生變化，所以測(cè)得的物體尺寸也發(fā)生變化，即產(chǎn)生了測(cè)量誤差；即使物距是固定的，也會(huì)因?yàn)镃CD敏感表面不易精確調(diào)整在像平面上，同樣親會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。采用遠(yuǎn)心物鏡中的像方遠(yuǎn)心物鏡可以消除物距變化帶來(lái)的測(cè)量誤差，而物方遠(yuǎn)心物鏡則可以消除CCD位置不準(zhǔn)帶來(lái)的測(cè)量誤差。★鏡頭二、鏡頭簡(jiǎn)介

物方遠(yuǎn)心物鏡物方遠(yuǎn)心物鏡是將孔徑光闌放置在光學(xué)系統(tǒng)的像方焦平面上?！镧R頭二、鏡頭簡(jiǎn)介

像方遠(yuǎn)心物鏡像方遠(yuǎn)心光路是將孔徑光闌放置在光學(xué)系統(tǒng)的物方焦平面上，而像方的主光線平行于光軸?！镧R頭二、鏡頭簡(jiǎn)介

遠(yuǎn)距物鏡遠(yuǎn)距物鏡是一種焦距很長(zhǎng)而鏡筒較短的物鏡，從物鏡前表面到像平面的距離小于焦距，這對(duì)于長(zhǎng)焦距物鏡來(lái)說(shuō)，有利于縮短物鏡的軸向尺寸。按照上述原理構(gòu)成的遠(yuǎn)距物鏡，結(jié)構(gòu)型式是各種各樣的，尤其是前組，由于負(fù)擔(dān)較大的光焦度，結(jié)構(gòu)一般要比后組復(fù)雜。★鏡頭二、鏡頭簡(jiǎn)介

反遠(yuǎn)距物鏡反遠(yuǎn)距物鏡是一種焦距較短而后截距很長(zhǎng)的物鏡，這樣，在物鏡和CCD之間可以加入分光鏡，以實(shí)現(xiàn)取景等作用?！镧R頭二、鏡頭簡(jiǎn)介

畸變物鏡畸變物鏡能夠在它的像中預(yù)先引入規(guī)定的畸變。當(dāng)物鏡存在很大的負(fù)畸變時(shí)，實(shí)際上能夠拍攝角視場(chǎng)超過(guò)180°的物空間。這種物鏡用于宇航研究、氣像測(cè)量中。畸變物鏡可以按照反遠(yuǎn)距物鏡的光路圖作出。第一組由一或二個(gè)透鏡組成，并造成很大的畸變。第二透鏡組用于校正像差，以便獲得清晰的像。為了研制超廣角物鏡，像場(chǎng)角余弦四次方的影響是最大的障礙。但是由于負(fù)的畸變，在像場(chǎng)邊緣上光束深縮，因而在像場(chǎng)邊緣上實(shí)際光學(xué)密度并不比視場(chǎng)中心低。三、接口★鏡頭物鏡的接口尺寸是有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的，共有三種接口型式，即F型、C型、CS型。F型接口是通用型接口，一般適用于焦距大于25mm的鏡頭；而當(dāng)物鏡的焦距約小于25mm時(shí)，因物鏡的尺寸不大，便采用C型或CS型接口。三、接口★鏡頭

C口：直徑小

C頭鏡頭+接圈—>CS相機(jī)

F口：直徑大，通光量大 線陣2K以上的相機(jī)采用F口

CS口：直徑小，焦距比C口的小C與CS口的區(qū)別僅僅在于鏡頭定位面到圖像傳感器光敏面距離不同。C是17.5mm,CS是12.5mm四、鏡頭參數(shù)★鏡頭焦距：f

光圈通光量：F

靶面

最小拍攝距離分辨率視角：ω焦距f≈像距v焦距f≈h*u/H其中：h—sensor寬度

H—實(shí)物高度

u—物距F=f/D2其中：f—焦距 D—最大光圈直徑Sensor對(duì)角線長(zhǎng)度tg(ω/2)≈H/2u其中：H—實(shí)物高度

u—物距每毫米線對(duì)，即每毫米能夠分辨出的線對(duì)(一黑一白)的條數(shù)F型接口類型攝像物鏡焦距表(mm)C,CS型接口類型攝像物鏡焦距表(mm)類型魚(yú)眼型超廣角型廣角型標(biāo)準(zhǔn)型焦距7.5，1517，2024，28，3550類型1/3″1/3″，1/2″2/3″，1″焦距2.8-3.53.5-68-75四、鏡頭參數(shù)★鏡頭類型弱光物鏡普通物鏡強(qiáng)光物鏡超強(qiáng)光物鏡F>6.35.6-3.53.5-1.4<1.4類型小視場(chǎng)中視場(chǎng)廣角超廣角2ω<3030-6060-100>100類型2/3″，1″1/3″，1/2″1/3″，1/2″2ω17，3.762，4386，67四、鏡頭參數(shù)攝像物鏡光圈表F接口類型攝像物鏡視場(chǎng)表(度)C，CS接口類型攝像物鏡視場(chǎng)表(度)★鏡頭f(mm)F2ω(°)Petzval1-4.51-5.60.8-240-5040標(biāo)準(zhǔn)物鏡501.446廣角物鏡Topgon型Pyccap型同心物鏡魚(yú)眼型17，2017，2017，207.5，155.6-6.55.6-82，2.890-100120130180-270折反射型微縮物鏡遠(yuǎn)攝物鏡遠(yuǎn)距物鏡反遠(yuǎn)距物鏡畸變物鏡28-500.7542.8-42.5-422<3.5151260-90>18046-75四、鏡頭參數(shù)F型接口類型攝像物鏡的主要參數(shù)★鏡頭光源★光源一、地位與重要性攝取圖像處理圖像(加工·分析)運(yùn)動(dòng)控制理想的圖像★光源一、地位與重要性★光源地位：三大技術(shù)之一（采像技術(shù)，處理技術(shù)，運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)）。關(guān)鍵：直接影響系統(tǒng)的成敗，處理精度和速度。 明亮、穩(wěn)定、均勻的光源極其重要。目的：將被測(cè)物與背景盡量明顯的區(qū)分開(kāi)。二、光源的種類★光源高頻熒光燈光纖鹵素?zé)鬖ED燈二、光源的種類—高頻熒光燈★光源二、光源的種類—光纖鹵素?zé)簟锕庠炊?、光源的種類—LED燈★光源發(fā)光二極管★光源SCHOTT★光源CCS二、光源的種類—LED燈★光源LED光源的優(yōu)點(diǎn)：照射的自由度：位置、方向、范圍、亮度及平行光和擴(kuò)散光的選擇響應(yīng)速度快：10μｓ（1/100萬(wàn)秒）波長(zhǎng)的選擇性強(qiáng)，反射、漫射的最佳化壽命長(zhǎng)：約3萬(wàn)小時(shí)綜合運(yùn)轉(zhuǎn)成本低，耗電低，維護(hù)管理的工作量少二、光源的種類—LED燈★光源主要顏色紅、藍(lán)、綠、白其他橙色、紅外、紫外二、光源的種類—LED燈★光源中心波長(zhǎng)三、照明技術(shù)★光源黑白相機(jī)的照明方法：拍攝圖像時(shí)，最重要的是如何鮮明的獲取“被測(cè)物與背景的亮度差”目前在圖像處理算法中最廣泛的技術(shù)手法是“二值化處理”三、照明技術(shù)—照射光的種類★光源平行光照射角度整齊的光。太陽(yáng)光就是平行光。發(fā)光角度越窄的LED直射光越接近平行光。直射光LED光源直接照射對(duì)像物的光。擴(kuò)散光各種角度的光源混合在一起的光。日常生活用光幾乎都是擴(kuò)散光。偏光光光源的傳遞方向在特定的垂直平面上波動(dòng)受到限制的光。通常是利用偏光板來(lái)防止特定方向的反射。三、照明技術(shù)—直射光與漫射光★光源直射光 VS 漫射光(Regularlight

&

Diffusedlight

)明亮射角窄會(huì)有光點(diǎn)較暗射角寬無(wú)光點(diǎn)光斑均勻★光源直反射 VS 漫反射(Regularreflection

&

Diffusedreflection

)明亮與照射距離無(wú)關(guān)與照射角度有關(guān)不反映顏色較暗與照射距離有關(guān)與照射角度無(wú)關(guān)反映顏色平面&光潔表面粗糙三、照明技術(shù)—直射光與漫射光★光源鏡紙桌三、照明技術(shù)—直射光與漫射光★光源明視野 VS 暗視野( Brightfield

&

Darkfield

)用直射光來(lái)觀察對(duì)象物整體（散亂光呈黑色）用散亂光來(lái)觀察對(duì)象物整體（直射光呈白色）三、照明技術(shù)—明視野與暗視野★光源明視野 VS 暗視野( Brightfield

&

Darkfield

)用直射光來(lái)觀察對(duì)象物整體（散亂光呈黑色）用散亂光來(lái)觀察對(duì)象物整體（直射光呈白色）三、照明技術(shù)—明視野與暗視野★光源明視野 VS 暗視野( Brightfield

&

Darkfield

)用直射光來(lái)觀察對(duì)象物整體（散亂光呈黑色）用散亂光來(lái)觀察對(duì)象物整體（直射光呈白色）三、照明技術(shù)—明視野與暗視野★光源背光源的應(yīng)用(Penetratinglight)三、照明技術(shù)—透射照明因材質(zhì)和厚度不同，對(duì)光的透過(guò)特性(透明度)各異；光根據(jù)其波長(zhǎng)之長(zhǎng)短，對(duì)物質(zhì)的穿透能力(穿透率)各異；光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，對(duì)物質(zhì)的透過(guò)力越強(qiáng)。光的波長(zhǎng)越短，在物質(zhì)表面的擴(kuò)散率越大；透射照明，就是使光線透射對(duì)象物，并觀察其透過(guò)光的照明手法?！锕庠幢彻庠吹膽?yīng)用(Penetratinglight)三、照明技術(shù)—透射照明★光源補(bǔ)色(Utilizationofcolor

)三、照明技術(shù)—色顏色的反射，紅色以外的顏色被吸收白色★光源補(bǔ)色(Utilizationofcolor

)三、照明技術(shù)—色補(bǔ)色(Utilizationofcolor

)三、照明技術(shù)—色紅白★光源補(bǔ)色(Utilizationofcolor

)三、照明技術(shù)—色緑藍(lán)★光源補(bǔ)色(Utilizationofcolor

)三、照明技術(shù)—色青★光源三、照明技術(shù)—偏光技術(shù) 偏光鏡 偏光板★光源三、照明技術(shù)—偏光技術(shù)沒(méi)有用偏光技術(shù)★光源三、照明技術(shù)—偏光技術(shù)使用偏光技術(shù)★光源三、照明技術(shù)—防外亂光濾波片防外亂光濾波片的效果★光源四、常用光源檢測(cè)IC芯片上的印刷字符

檢測(cè)電路板上的零件

檢測(cè)塑料容器的底部

標(biāo)簽檢測(cè)

檢測(cè)液晶玻璃基板的標(biāo)記直接型沐光方式高密度光輸出，產(chǎn)生鮮明逼真的圖像★光源讀取發(fā)動(dòng)機(jī)部件上的印刷標(biāo)記

晶片損傷檢測(cè)

BGA焊點(diǎn)位置和面積的檢查

讀取刻印字符

檢查玻璃基板，晶片損傷，污點(diǎn)直接型低角度方式工作模塊邊緣檢測(cè)和光滑表面的劃痕檢測(cè)★光源檢測(cè)小型LCD面板

標(biāo)簽檢測(cè)

陶制封裝件的外部和裂縫檢測(cè)

QFP，SOP檢測(cè)

金屬板表面