العدسة البصرية المعلمات المادية

1.1 التكبير (x)

يتم استخدام التكبير x للبصريات لوصف نسبة حجم الصورة (H ') إلى حجم الكائن (H):

x = h '/h

بشكل عام عند التصوير باستخدام كاميرا مع كاميرا صناعية ، يكون حجم الصورة هو الحجم الفعلي لشريحة الكاميرا (H*V)

H = عدد الخلايا الأفقية على الطول الجانبي للبكسل

v = عدد الخلايا الرأسية على الطول الجانبي للبكسل

حجم الكائن (H*V) هو مجال العرض (FOV) للعدسة بأكملها مع تصوير الكاميرا

H = H/X

v = v/x

لا تحتوي العدسة الصناعية العامة على عامل التكبير لأن العدسة الصناعية العامة لها تكبير مختلف عند استخدامها على مسافات عمل مختلفة. في هذا الوقت ، نحتاج إلى حساب الطول البؤري (F) للعدسة ومسافة العمل (WD) للعدسة. .

العلاقة المفيدة بين مسافة العمل WD والتكبير (X) والطول البؤري (F) كما يلي: WD = F (X-1)/x

1.2 الطول البؤري (و)

يعد الطول البؤري ، المعروف أيضًا باسم الطول البؤري ، مقياسًا لتركيز أو اختلاف الضوء في نظام بصري ، ويشير إلى المسافة من مركز العدسة إلى نقطة جمع الضوء البؤرية. إنها أيضًا المسافة من المركز البصري للعدسة إلى مستوى التصوير مثل CCD أو CMOs في الكاميرا. يتمتع النظام البصري بطول بؤري قصير بقدرة أفضل على جمع الضوء من نظام بصري طويل البؤر.

تحتوي العدسة الصناعية العامة على معلمة ذات طول بؤري ثابت ، وهو مؤشر العدسة الأكثر أهمية.

أنواع الأطوال البؤرية المستخدمة بشكل شائع في الصناعة هي: 4mm6mm8mm12mm16mm25mm35mm5mm7mm7mm100mm ، وما إلى ذلك. وفقًا لمسافات الاستخدام المختلفة ، ومع احتياجات أنواع مختلفة من الكاميرات ومجالًا مختلفًا (FOV) مستخدم. طريقة الحساب على النحو الوارد أعلاه.

يمكن أن تظهر أطوال بؤرية مختلفة ، ومسافات كائن مختلفة ونفس الكاميرا في نفس مجال الرؤية. كيف تختار في هذه الحالة؟

بشكل عام ، لا ينصح باستخدام طريقة التصوير بطول بؤري صغير في حالة الكائن الصغيرة. سوف تتسبب هذه الطريقة في أن يكون للصورة تشويهًا جسديًا كبيرًا نسبيًا.

1.3 عمق المجال (DOF)

عمق المجال (DOF) هو النطاق بين أقرب موقف وأبعد موضع للكائن عندما يُسمح بالتركيز.

يتم تقديم تقدير تقريبي لعمق المجال بواسطة الصيغة التالية:

dof [mm] = wf/#؟ p [μm]؟ k/m^2

عندما يكون P هو حجم البكسل للمستشعر ، M هو تكبير العدسة ، و K هو معلمة بدون أبعاد اعتمادًا على التطبيق المحدد.

كما يتضح من الصيغة أعلاه ، يرتبط عمق حقل العدسة ارتباطًا وثيقًا بالفتحة ، وعمق مجال العدسة يتناسب مباشرة مع F#. يمكن ملاحظة أنه عندما يكون للعدسة كمية منخفضة نسبيًا من الضوء ، سيكون لها عمق كبير نسبيًا من الحقل. ،والعكس صحيح.

1.4 القرار

القرار هو معلمة مهمة لقياس حدة تصوير العدسة.

بشكل عام ، يتم تحديد الدقة من خلال التردد ، ويتم قياس التردد بواسطة اللوغاريتم لكل ملليمتر (LP/mm) ، لكن دقة العدسة ليست قيمة مطلقة. غالبًا ما يشار إلى العلاقة بين المربعات بالأبيض والأسود بالتناوب كزوج خط. تعتمد القدرة على عرض مربعين ككيانات منفصلة بدقة معينة على المستوى الرمادي. كلما زادت المسافة الرمادية بين المربعات والمساحة (كما هو موضح أدناه) ، زادت القدرة على تحليل المربعات. يسمى هذا الفصل الرمادي التباين (في التردد المحدد). التردد المكاني المعطى في LP/مم. لذلك ، من المفيد حساب الدقة في LP/MM عند مقارنة العدسات وتحديد الخيار الأفضل لمستشعر وتطبيق معين.

المستشعر هو نقطة الانطلاق لحساب دقة النظام. بدءًا من المستشعر ، من الأسهل تحديد أداء العدسة اللازمة لتلبية احتياجات المستشعر أو أي تطبيق آخر. أعلى تردد يمكن أن يحل المستشعر ، تردد Nyquist ، هو في الواقع بكسلان أو زوج من الخطوط.

يوضح الجدول التالي حدود Nyquist المرتبطة بحجم البكسلات التي شوهدت على بعض المستشعرات الشائعة. يمكن حساب دقة المستشعر (الدقة المكانية للصورة) عن طريق ضرب حجم البيكسل (ميكرون) بمقدار 2 (إنشاء الزوج) وتقسيم المنتج على 1000 لتحويل مم:

دقة المستشعر (LP/mm) = دقة مساحة الصورة (LP/mm) = 1000/2 × حجم بكسل (ميكرون)

وحدات البكسل الأكبر لديها دقة الحد الأدنى. مستشعر البكسل الأصغر لديه دقة حد أعلى. يشير حجم المستشعر إلى حجم مساحة مستشعر الكاميرا الفعالة وعادة ما يتم تحديدها بحجم تنسيق المستشعر. ومع ذلك ، ستختلف نسبة المستشعر الدقيق اعتمادًا على نسبة العرض إلى الارتفاع ، ويجب استخدام تنسيق المستشعر الاسمي فقط كدليل ، خاصة بالنسبة للعدسات المركزية وأهداف العدوى عالية. يمكن حساب حجم المستشعر مباشرة من حجم البكسل وعدد وحدات البكسل النشطة على المستشعر.

حجم المستشعر الأفقي (مم) = [(حجم بكسل أفقي ، ميكرون) × (عدد البكسلات الأفقية النشطة)]/1000 ميكرون/ملم

حجم المستشعر العمودي (مم) = [(حجم البكسل العمودي ، ميكرون) × (عدد البكسلات الرأسية النشطة)]/1000 ميكرون/مم

بشكل عام ، يحتوي تصوير العدسة على كائن وصورة ، ويتم تقسيم دقة العدسة أيضًا إلى دقة الكائن ودقة الصورة. بشكل عام ، تعتمد العدسة والمطابقة على دقة الصورة وحجم البكسل. تستند دقة التقييم إلى حل الكائن. ما هي العلاقة بين هذين القرارين؟

الدقة المكانية للكائن (LP/mm) = الدقة المكانية للصورة (LP/mm) × x

بشكل عام ، عند تطوير تطبيق ، لا يتم تقديم متطلبات دقة النظام في LP/MM ولكن في μM أو بوصة. هناك طريقتان لتحويل:

الدقة المكانية للكائن (μM) = 1000 (ميكرون/مم)/[2 × الدقة المكانية للكائن (LP/MM)]

أو الدقة المكانية للكائن (ميكرون) = حجم بكسل (ميكرون) / تكبير النظام

1.5 التباين (الحدة)

يصف التباين درجة التمييز بين الأسود والأبيض في دقة كائن معينة. لجعل الصورة تبدو حادة ، يجب عرض التفاصيل السوداء بالتفاصيل بالأبيض والأسود باللون الأبيض (كما هو موضح أدناه). كلما زادت المعلومات بالأبيض والأسود إلى اللون الرمادي الأوسط ، كلما انخفض التباين في هذا التردد. كلما زاد الاختلاف في الشدة بين الخطوط الخفيفة والظلام ، كلما ارتفع التباين.

يمكن أن نرى من الشكل أن الانتقال من الأسود إلى الأبيض هو تباين عالٍ والرمادي في الوسط يشير إلى تباين منخفض.

يمكن حساب التباين في تردد معين وفقًا للصيغة التالية. من بينها ، IMAX هو الحد الأقصى للكثافة (عادة ما يتم استخدام قيمة الرمادي البكسل في حالة استخدام الكاميرا) ، IMIN هي الحد الأدنى لشدة:

٪ التباين = [(IMAX-IMIN)/(IMAX+IMIN)] × 100

يحدد التباين (الحدة) للعدسة مباشرة الدقة المميزة للميزات الحدودية عند اكتشاف المعالم البصرية. بشكل عام ، يستخدم الكشف البصري للإضاءة الخلفية لالتقاط الكائن. يحدد مستوى التباين مباشرة دقة استخراج الحافة بواسطة خوارزمية الصورة ، والتي تحدد في النهاية دقة نتيجة الإخراج.

1.6 الفتحة (F#) / الفتحة العددية (NA)

يتحكم إعداد F/# على العدسة في عدد من معلمات العدسة: إجمالي التدفق المضيء ، وعمق المجال ، والقدرة على إنتاج التباين بدقة معينة. في الأساس ، F/# هي النسبة بين الطول البؤري الفعال (EFL) وقطر الفتحة الفعال (DEP) للعدسة:

f/#= EFL/ DEP

قيم f/# النموذجية هي 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 ، وهكذا. لكل زيادة في f/#، يتم تقليل ضوء الحادث بعامل اثنين. كما هو مبين أدناه.

يتم تعيين معظم العدسات F/# عن طريق تحويل حلقة تعديل IRIS ، والتي بدورها تفتح وتغلق فتحة القزحية الداخلية. يشير الرقم المحدد على دائرة التعديل إلى التدفق المضيء وقطر الفتحة المرتبط به. هذه الأرقام تزداد في كثير من الأحيان في مضاعفات 21/2. إن زيادة F/# بواسطة معامل 21/2 بت سيؤدي إلى النصف إلى النصف منطقة الفتحة ، مما يقلل بشكل فعال من تدفق العدسة المضيئة بعامل اثنين. تعتبر العدسات السفلية F/# أسرع وتسمح لمزيد من الضوء بالمرور عبر النظام ، في حين تعتبر العدسات F/# أعلى أبطأ ولها تدفق مضيء أقل.

يوضح الجدول التالي أمثلة على F/#، وقطر الفتحة ، وحجم الفتح الفعال لعدسة طول البؤرة مقاس 25 مم. عندما يتم تغيير الإعداد من f/1 إلى f/2 ثم من f/4 إلى f/8 ، سيتم تقليل فتحة العدسة لكل فاصل إلى النصف. هذا يصف انخفاض التدفق المرتبط بزيادة العدسة f/#.

الفتحة لها تأثير مباشر على سطوع سطح التصوير للعدسة ، لكنه يرتبط ارتباطًا وثيقًا بتباين الصورة ، ودقة ، وعمق المجال. عندما نقوم بضبط فتحة العدسة ، يجب علينا النظر في تأثيرها على الصورة بأكملها. على وجه التحديد ، يرتبط F/# مباشرة بالقرار النظري وحدود التباين وكذلك عمق المجال (DOF) وعمق التركيز العدسة. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يؤثر أيضًا على انحرافات تصميم العدسة. مع استمرار انخفاض حجم البيكسل ، سيصبح F/# أهم عوامل يحد من أداء النظام لأنه يتناسب عكسيا مع عمق المجال والدقة. في معادلات عمل الحساب f/#، تمثل x التكبير الباروس للعدسة الموضوعية (نسبة الصورة إلى ارتفاع الكائن). لاحظ أن الأقرب إلى 0 (كلما كان الكائن أقرب إلى اللانهاية) ، كلما كانت مسافة العمل F/# أقرب إلى F/# Infinite. في حالة مسافة عمل صغيرة ، من المهم أن تضع في اعتبارك أن F/# يتغير مع تغير مسافة العمل.

يتم تعريف f/# في المعادلة [f/# = efl/dep "على مسافة عمل لا حصر لها ، حيث يكون التكبير هو في الواقع 0. بهذا المعنى ، يكون تعريف f/# محدودًا. في معظم تطبيقات رؤية الماكينة ، يكون طول الكائن والعدسة أقصر بكثير من المسافة اللاسلكية ، ويتم التعبير عن F/# بشكل أكثر دقة باعتباره F/# العمل في المعادلة التالية.

(f/#) w = (1+ | m |) × f/#

الفتحة العددية (NA) ، مثل F#، هي وسيلة لوصف فتحة العدسة. غالبًا ما يكون من الأسهل التحدث عن التدفق الكلي المضيء من منظور زاوية مخروط العدسة أو الفتحة العددية (NA). يتم تعريف الفتحة العددية للعدسة على أنها جيب زاوية الأشعة الهامشية في مساحة الصورة. (كما هو مبين أدناه)

العلاقة بين f/# والفتحة العددية NA:

Na = 1/[2 × (F/#)]

يوضح الجدول التالي تخطيط F/# النموذجي للعدسة (يتم زيادة كل رقم لاحق بعامل 21/2) وعلاقته بالفتحة العددية.

غالبًا ما يتم ملاحظة الفتحات العددية في المجاهر ، وليس f/#، ولكن يتم تحديد الفتحات العددية المخصصة لأهداف المجهر في مساحة الكائن لأن جمع الضوء أسهل في هذه المرحلة. في حالة أخرى ، يمكن اعتبار الاقتران اللانهائي هو هدف رؤية الماكينة المعاكسة (مع التركيز على اللانهاية).

سيستمر العدد التالي من BTSOS في مشاركة المقدمة ذات الصلة لمعلمات انحراف العدسات البصرية. هناك أسئلة ذات صلة ونرحب بكم لترك الرسائل على WeChat!