面阵ccd摄像机光学镜头参数及其相互关系

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1、光学技术第26卷第2期Vol.26No.22000年3月OPTICALTECHNIQUEMarch2000文章编号:100221582(2000)0220183203Ξ面阵CCD摄像机光学镜头参数及其相互关系林家明(北京理工大学光电工程系,北京100081)摘要:主要介绍了用于面阵CCD摄像机的光学镜头参数,如焦距、光学格式、F数、景深、视场角、光圈和驱动及接口等。讨论了各项参数之间的相互关系。为合理选择不同CCD光学格式的镜头提供参考。关键词:面阵CCD;焦距;景深;自动光圈中图分类号:TN38615;TB81114文献标识码:

2、BSpecificationdataofCCDcameralensandtheirrelationsLINJia2ming(DepartmentofOpticalEngineering,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081,China)Abstract:LensparametersofCCDcamera,suchasfocallength,cameraformat,Fstop,depthoffield,angleofview,videodriveordirectdrive,CorCS

3、mountandsoon,aredescribedinthispaper.Therelationshipsoftheparame2tersarealsodiscussed.Thereferenceinformationforselectingthevariouslensesispresented.Keywords:matrixCCD;focallength;depthoffield;autoiris标的距离来计算镜头的焦距。如图2所示,其计算公式为引言1CCD摄像机最前端都是由一个光学镜头使外界的景物成像在CCD光敏面上。合理选择

4、并安装光学镜头是保证清晰成像并获得正常视频信号的关键。各种CCD光学镜头种类繁多,光学镜头的主要参数都不尽相同,合适的参数指标应根据不同接口、CCD光敏面光学格式、光圈、视场、焦距、F数等来确定。本文讨论面阵CCD光学镜头的性能参数以及各参数之间相互制约的关系。LLf′=v或f′=hVH面阵CCD光学镜头的性能参数211焦距焦距是CCD光学镜头的首要参数,通常用f′来表示。焦距直接关系到视场角的大小。一般短焦距镜头给出较大的视场角;长焦距镜头将构成小视场角,如小视场望远镜头。标准视场角的镜头类似于人眼在正常情况下所看到的范围。所选

5、定的CCD摄像机必有一个相对应的镜头焦距,图1给出了镜头焦距与使用装置的简单计算方法。目标尺寸和视场角给出了求取镜头焦距的计算公式。在选择镜头时,应依据摄像机位置到被监测目2图1镜头焦距与视场角的关系面阵CCD光敏面光学格式212面阵CCD摄像器件的尺寸一般有1英寸,2/3英寸,1/2英寸,1/3英寸和1/4英寸,它们的大小也会影响到镜头的视场角。当使用同样的镜头时,尺寸小的CCD摄像器件产生的视场角要小。镜头的规格与视场角并不是直接相关的,它仅仅是投射覆盖CCD光敏面上一个目标的像,也就是说,不管摄像机的规格是小还是大,1/3英

6、寸摄像机镜头(f′=Ξ收稿日期:1999209203作者简介:林家明(19492),男,辽宁省沈阳市人,北京理工大学光电工程系副教授,主要从事测试技术及CCD应用技术的研究。183光学技术第26卷214景深景深是指在能够聚焦的情况下可观察清晰图像的视场区域。大景深是指在聚焦状态下,从目标接近镜头到无限远观察清晰图像所占有的较大百分比。在聚焦的情况下,小景深仅仅是一个很小的观察区域。景深受多个参数的影响(见图4),可用下式表示:图2镜头焦距计算方法示意图8mm)能用到1/3英寸～1英寸的摄像机上,只是在监视器中充满显示屏的目标像图3

7、1英寸CCD摄像镜头配合不同CCD光敏面在屏幕上的成像示意图图4景深和焦深关系示意图2xL2A″A′≈df′仅占原图像视场中心的一部分,如图3所示。这种配合可以提高对目标观测的分辨率。式中L是物距;D是入射光瞳;f′是镜头焦距;x是所允许的像点弥散圆直径。从上式可以看出:F数213光圈大景深小,光圈小景深大;焦距长景深小,焦距短景深大;物距远景深大,物距近景深小;当对图像清晰度要求高时,即要求像点弥(1)(2)(3)(4)镜头通常有F数或孔径两个度量参数,即F=f′/D。当镜头光圈开到最大时,也就是孔径开到最大,这时F数是最小的。

8、在镜头光圈刚要完全关闭以前,F数最大。手动光圈镜头F数一般分为114,2,218,4,516,8,11,16,22等挡。自动光圈镜头的F数是通过电机的驱动方式,根据入射到CCD光敏面的光强大小来自动改变光圈的大小,使F数在一定范围内改变。F数会影响