光レンズ物理パラメーター

1.1拡大（x）

光学系の倍率xは、オブジェクトサイズ（h）に対する画像サイズ（h '）の比を記述するために使用されます。

x = h '/h

一般に、産業カメラを備えたカメラでイメージングするとき、画像サイズはカメラチップの物理サイズです（h*v）

h =ピクセルのチップ *側の長さの水平セルの数

v =ピクセルのチップ *側の長さの垂直セルの数

オブジェクトサイズ（h*v）は、カメライメージングを備えたレンズ全体の視野（FOV）です

h = h/x

v = v/x

一般的な産業用レンズは、さまざまな作業距離で使用すると異なる倍率を持つため、一般的な産業用レンズには倍率がありません。この時点で、レンズの焦点距離（F）とレンズの作動距離（WD）を計算する必要があります。 。

作動距離WD、倍率（x）、焦点距離（F）の有用な関係は次のとおりです。WD= F（X-1）/X

1.2焦点距離（f）

焦点距離とも呼ばれる焦点距離は、光学システムの光の濃度または発散の尺度であり、レンズ中心から光収集の焦点距離までの距離を指します。また、レンズの光学中心からカメラ内のCCDやCMOSなどのイメージングプレーンまでの距離です。焦点距離が短い光学システムは、長い焦点距離の光学システムよりも光を収集する能力があります。

一般的な産業用レンズには固定焦点距離パラメーターがあり、これはレンズの最も重要な指標です。

業界で一般的に使用される焦点距離の種類は、4mm6mm8mm8mm12mm16mm25mm35mm50mm75mm100mmなどです。さまざまな使用距離に応じて、さまざまな種類のカメラと異なる視野（FOV）のニーズにより、焦点距離を計算できます。使用済み。計算方法は上記のとおりです。

異なる焦点距離、異なるオブジェクト距離、同じカメラが同じ視野に表示される可能性があります。この場合にどのように選択しますか？

一般に、小さなオブジェクト状態に小さな焦点距離を持つイメージング法を使用することはお勧めしません。この方法により、画像に比較的大きな物理的歪みがあります。

1.3フィールド深度（DOF）

被写界深度（DOF）は、焦点を合わせると最も近い位置とオブジェクトの最も遠い位置との間の範囲です。

被写界深度の大まかな推定値は、次の式で与えられます。

dof [mm] = wf/＃？p [μm]？k/m^2

ここで、Pはセンサーのピクセルサイズ、Mはレンズの倍率で、Kは特定のアプリケーションに応じて無次元パラメーターです。

上記の式からわかるように、レンズのフィールドの深さは開口部と密接に関連しており、レンズのフィールドの深さはF＃に直接比例します。レンズの光の量が比較的少ない場合、比較的大きな被写界深度があることがわかります。 、逆に。

1.4解決策

解像度は、レンズイメージングの鋭さを測定するための重要なパラメーターです。

一般に、解像度は周波数によって決定され、周波​​数はミリメートルあたりの対数（LP/mm）によって測定されますが、レンズの解像度は絶対値ではありません。交互の黒人と白の正方形の関係は、しばしばラインペアと呼ばれます。特定の解像度で別々のエンティティとして2つの正方形を表示する機能は、灰色のレベルに依存します。正方形と空間の間の灰色の距離が大きいほど（以下に示すように）、正方形を解析する能力が強くなります。この灰色の分離は、（指定された周波数で）コントラストと呼ばれます。与えられた空間周波数はLP/mmです。したがって、レンズを比較し、特定のセンサーとアプリケーションに最適な選択肢を決定するときに、LP/mmの解像度を計算することが有用です。

センサーは、システムの解像度を計算するための出発点です。センサーから始めて、センサーやその他のアプリケーションのニーズを満たすために必要なレンズ性能を判断する方が簡単です。センサーが解決できる最も高い周波数であるナイキスト周波数は、実際には2ピクセルまたは1ペアの線です。

次の表は、いくつかの一般的なセンサーで見られるピクセルのサイズに関連するナイキストの制限を示しています。センサーの解像度（画像の空間解像度）は、ピクセルサイズ（μm）に2（ペアの作成）を掛け、製品に1000を除算してmmを変換することで計算できます。

センサー解像度（LP/mm）=画像スペース解像度（LP/mm）= 1000/2×ピクセルサイズ（μm）

より大きなピクセルには下限解像度があります。小さいピクセルセンサーは、制限解像度が高くなります。センサーのサイズは、カメラセンサーの有効領域のサイズを指し、通常、センサーの形式サイズで指定されます。ただし、正確なセンサー比はアスペクト比によって異なり、名目センサー形式はガイドとしてのみ使用する必要があります。特に電気中心のレンズと高倍率の目的では。センサーのサイズは、ピクセルサイズとセンサー上のアクティブピクセルの数から直接計算できます。

水平センサーサイズ（mm）= [（水平ピクセルサイズ、μm）×（アクティブ水平ピクセルの数）]/1000μm/mm

垂直センサーサイズ（mm）= [（垂直ピクセルサイズ、μm）×（アクティブ垂直ピクセルの数）]/1000μm/mm

一般に、レンズイメージングにはオブジェクトと画像があり、レンズの解像度もオブジェクト解像度と画像解像度に分割されます。一般に、レンズとカメラの一致は、画像解像度とピクセルサイズに基づいています。評価の精度は、オブジェクトの解像度に基づいています。これら2つの解像度の関係は何ですか？

オブジェクトの空間解像度（LP/mm）=画像空間解像度（LP/mm）×x

一般に、アプリケーションを開発する場合、システムの解像度要件はLP/mmではなく、μmまたはインチで与えられます。変換するには2つの方法があります。

オブジェクトの空間分解能（μm）= 1000（μm/mm）/[2×オブジェクト空間解像度（LP/mm）]]

またはオブジェクトの空間解像度（μm）=ピクセルサイズ（μm） /システムの拡大

1.5コントラスト（シャープネス）

コントラストは、特定のオブジェクト解像度での黒と白の差別の程度を説明しています。画像をシャープに見せるには、黒と白の詳細を白で表示する必要があります（以下に示すように）。黒と白の情報がより多くの灰色になる傾向があるほど、この周波数のコントラストは低くなります。明るい線と暗線の強度の違いが大きいほど、コントラストが高くなります。

図から、黒から白への移行が高いコントラストであり、中央の灰色が低いコントラストを示していることがわかります。

特定の周波数でのコントラストは、次の式に従って計算できます。その中で、IMAXは最大強度です（通常、カメラを使用する場合はピクセルグレー値が使用されます）、イミンは最小強度です。

％コントラスト= [（imax-imin）/（imax+imin）]×100

レンズのコントラスト（シャープネス）は、視覚的な輪郭が検出されたときに境界特徴の際立った精度を直接決定します。一般に、視覚的な輪郭検出では、バックライト照明を使用してオブジェクトをキャプチャします。コントラストのレベルは、画像アルゴリズムによるエッジ抽出の精度を直接決定し、最終的に出力結果の精度を決定します。

1.6 Aperture（f＃） /数値開口（NA）

レンズ上のF/＃設定は、多くのレンズパラメーターを制御します。総光束、被写界深度、および特定の解像度でコントラストを生成する機能です。基本的に言えば、F/＃は、レンズの有効焦点距離（EFL）と有効な開口直径（DEP）の比率です。

f/＃= efl/ dep

典型的なf/＃値は、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などです。 F/＃の増加ごとに、入射光は2倍に減少します。以下に示すように。

ほとんどのレンズは、虹彩調整リングを回すことによりf/＃に設定されます。これにより、内側の開口部が開閉され、閉じられます。調整円にマークされた数は、光磁束とそれに関連する開口直径を示します。これらの数値は、多くの場合、21/2の倍数で増加します。 F/＃を21/2ビット係数で増やすと、開口部が半分になり、レンズの光束が2倍に効果的に減少します。より低いF/＃レンズはより速く考慮され、より多くの光がシステムを通過することを可能にしますが、より高いF/＃レンズは遅いと見なされ、光磁束が低くなります。

次の表は、25mmの焦点距離レンズのF/＃、開口直径、および効果的な開口サイズの例を示しています。設定がf/1からf/2に変更され、その後f/4からf/8に変更されると、各間隔のレンズ開口は半分に減少します。これは、レンズF/＃の増加に関連するフラックスの減少を説明しています。

開口部は、レンズのイメージング表面の明るさに直接関係していますが、画像のコントラスト、解像度、およびフィールドの深さに密接に関連しています。レンズの開口部を調整するときは、画像全体への影響を考慮する必要があります。具体的には、f/＃は、理論的解像度とコントラストの制限、および被写界深度（DOF）とレンズの焦点深度に直接関連しています。さらに、レンズ設計の異常にも影響します。ピクセルのサイズが減少し続けると、F/＃は、フィールドの深さと解像度に反比例するため、システムパフォーマンスを制限する最も重要な要素になります。計算作業f/＃の方程式では、xは対物レンズの傍軸倍率（オブジェクトの高さに対する画像の比率）を表します。近いxが0に（オブジェクトがインフィニティに近いほど）、作業距離f/＃が無限のf/＃に近いことに注意してください。少数の作業距離の場合、作業距離が変化するにつれてF/＃が変化することに留意することが重要です。

式のf/＃式[f/＃= efl/dep]は、拡大が実際に0である無限の動作距離で定義されます。この意味で、f/＃の定義は制限されています。ほとんどのマシンビジョンアプリケーションでは、オブジェクトとレンズの長さは、ワイヤレス距離よりもはるかに短く、f/＃は次の方程式で動作f/＃としてより正確に表現されます。

（f/＃）w =（1+ | m |）×f/＃

数値開口（NA）は、F＃のように、レンズの開口部を記述する方法です。多くの場合、レンズコーン角または数値開口（NA）の観点から総光束について話す方が簡単です。レンズの数値開口は、画像空間の周辺光線角の正弦号として定義されます。 （以下に示すように）

f/＃と数値開口naの関係：

Na = 1/[2×（f/＃）]

次の表は、レンズの典型的なf/＃レイアウト（各桁は21/2の係数によって増分される）と数値開口との関係を示しています。

数値開口は、F/＃ではなく顕微鏡でよく見られることがよくありますが、顕微鏡目的に割り当てられた数値開口部は、この時点でライトコレクションが簡単であるため、オブジェクト空間で指定されています。別のケースでは、無限の共役は、反対のマシンビジョンの目的（無限に焦点を当てる）と考えることができます。

BTSOSの次の号は、光学レンズ異常パラメーターの関連する導入を引き続き共有します。関連する質問があり、WeChatにメッセージを残すことを歓迎します！