Conocimientos básicos de fotografía con lentes ópticas.
Las lentes ópticas son un componente indispensable en el sistema de visión artificial, lo que afecta directamente la calidad de la imagen y la implementación y efecto del algoritmo. El siguiente es el conocimiento básico de lentes ópticos de fotografía que compartiré contigo. Bienvenido a leer y navegar.
1 Introducción
Para las cámaras, la calidad de la lente siempre ha sido un factor clave que afecta la calidad de la imagen, y las cámaras digitales no son una excepción. Aunque la resolución CCD de una cámara digital es limitada, en principio la resolución óptica de la lente es menor debido al área de imagen más pequeña de la cámara digital (porque la cámara digital toma imágenes en el CCD; El área del CCD es más grande que la tradicional de 35 mm (la película de la cámara es mucho más pequeña), por lo que se necesita una lente para garantizar una cierta calidad de imagen. Por ejemplo, para un determinado tema, se necesitan 200 píxeles en dirección horizontal para reproducir perfectamente sus detalles. Si el ancho de la imagen es de 10 mm, una lente con una resolución óptica de 20 líneas/mm es suficiente. Si el ancho de la imagen es de 1 mm, la resolución óptica de la lente debe ser superior a 2000 líneas/mm. Por otro lado, la película tradicional es más sensible a los rayos ultravioleta y, a menudo, es necesario instalar un espejo UV cuando se dispara en exteriores. El CCD es más sensible a los rayos infrarrojos. Agregar un recubrimiento o filtro especial a la lente mejorará enormemente la calidad de la imagen. También se debe considerar la apertura física de la lente, e independientemente de su apertura relativa, cuanto mayor sea su apertura física, mayor será el flujo de luz, mejor podrá aceptar y controlar la luz la cámara digital y mejor será la calidad de la imagen.
Algunos fabricantes utilizan lentes relativamente buenos para cámaras digitales comerciales o domésticas. Las cámaras Fuji utilizan lentes Fujinon profesionales con una resolución de 170 líneas/mm. Este nuevo lente Fujinon incorporado es más claro que la mayoría de los lentes SLR. No sólo garantiza la calidad de la toma de imágenes en términos de precisión, sino que su tasa de error de lente también alcanza un sorprendente 0,3%, que es 2/3 menor que el de las cámaras digitales normales.
Además, algunas cámaras digitales también tienen modos de lente teleobjetivo y gran angular. Este también es un indicador de referencia a la hora de elegir una cámara digital.
En las cámaras digitales tradicionales, una lente gran angular es una lente fotográfica con una distancia focal más corta que una lente estándar, un ángulo de visión mayor que una lente estándar, una distancia más larga que una lente ojo de pez y un ángulo de visión más pequeño que una lente ojo de pez. Las lentes gran angular se dividen en lentes gran angular ordinarias y lentes ultra gran angular. Un objetivo gran angular común para cámaras de 135 mm, con una distancia focal de 38-24 mm y un ángulo de visión de 60-84 grados. La lente ultra gran angular tiene una distancia focal de 20-13 mm y un ángulo de visión de 94-118 grados. Debido a que la lente gran angular tiene una distancia focal corta y un gran ángulo de visión, puede capturar una gran área de paisaje en una distancia de disparo corta. Por lo tanto, se utiliza ampliamente para realizar fotografías de paisajes a gran escala. En la creación fotográfica, el uso de una lente gran angular para disparar puede lograr los siguientes efectos: en primer lugar, puede aumentar la profundidad espacial de la imagen fotográfica y en segundo lugar, tiene una gran profundidad de campo, lo que puede garantizar que la escena antes y después; el tema se reproduce claramente en la pantalla. Por lo tanto, la gran mayoría de las cámaras automáticas de bolsillo modernas (comúnmente conocidas como cámaras de apuntar y disparar) utilizan lentes gran angular comunes de 38-35 mm, la lente cubre un área grande y puede capturar una amplia gama de paisajes; cuarto, la escena filmada a la misma distancia de disparo es mejor que la imagen de escena estándar capturada por la lente es pequeña; quinto, es probable que se produzcan defectos en la imagen como distorsión de la perspectiva y distorsión de la imagen; Cuanto más corta sea la distancia focal del objetivo y cuanto más cercana sea la distancia de disparo, más evidente será este defecto.
Las cámaras digitales comerciales tienden a utilizar los mismos lentes gran angular de uso general que las cámaras normales de 35 mm. Las cámaras digitales con el mismo rendimiento funcionarán mejor al elegir una cámara digital debido a la profundidad de la escena y el amplio rango de disparo.
2 clasificaciones
Por estructura
Lente de enfoque fijo de apertura fija
Simple: la lente tiene un solo anillo de ajuste de enfoque que se puede ajustar manualmente el anillo de ajuste hacia la izquierda y hacia la derecha puede hacer que la imagen fotografiada en la superficie objetivo del CCD sea más clara sin el anillo de ajuste de apertura, la apertura no se puede ajustar y el flujo de luz que ingresa a la lente no se puede cambiar cambiando el factor de la lente; Solo se puede cambiar cambiando la iluminación del campo de visión. La estructura es simple y el precio es bajo.
Lente de enfoque fijo de apertura manual
En comparación con la lente de enfoque fijo de apertura manual, la lente de enfoque fijo de apertura manual tiene un anillo de ajuste de apertura. El rango de apertura es generalmente de F1.2 o F1. 4 a completamente cerrado, puede adaptarse fácilmente a la iluminación de la escena de la filmación. El ajuste de la apertura se realiza manualmente. La iluminación es relativamente uniforme y el precio es relativamente económico.
Lente de enfoque fijo de apertura automática
Agregue un micromotor accionado por engranajes al anillo de ajuste de apertura de la lente de enfoque fijo de apertura manual y coloque un núcleo de 3 o 4 núcleos. Cable central del circuito de accionamiento Cable blindado, conéctelo a la interfaz de apertura automática de la cámara. Cuando cambia el flujo de luz que ingresa a la lente, la carga generada por la superficie objetivo CCD de la cámara también cambia, lo que hace que el nivel de la señal de video cambie, genera una señal de control y la pasa a la lente de apertura automática, lo que hace que el motor en la lente para avanzar en consecuencia. O gírelo hacia atrás para completar la tarea de cambio de tamaño.
Lente con zoom de apertura manual
Si la distancia focal es variable, hay un anillo de ajuste de enfoque que puede ajustar la distancia focal de la lente dentro de un rango determinado. La relación variable es generalmente de 2 a 3 veces y la distancia focal es generalmente de 3,6 a 8 mm. En aplicaciones prácticas, ajustando manualmente el anillo de zoom de la lente, se puede seleccionar fácilmente el ángulo de mercado del mercado monitoreado. Sin embargo, cuando la posición de instalación de la cámara es fija, resulta inconveniente ajustar el zoom manualmente con frecuencia. Entonces, una vez completado el proyecto, el enfoque de la lente de zoom manual rara vez se ajusta. Sólo funciona como lente fija.
Lente de zoom eléctrico de apertura automática
En comparación con la lente de enfoque fijo de apertura automática, se agregan dos micromotores, uno de los cuales está conectado al anillo de zoom de la lente y se puede controlar. cuando la lente gira, la distancia focal de la lente se conecta al anillo de enfoque de la lente y, cuando se controla para girar, se puede completar el enfoque de la lente. Sin embargo, debido a la adición de dos motores y al aumento en el número de grupos de lentes, el tamaño de la lente también ha aumentado en consecuencia.
Lente eléctrica de tres variables
En comparación con la lente de zoom eléctrico de apertura automática, solo cambia el control del motor de ajuste de apertura de control automático a control manual mediante el controlador.
Enfoque
Según el tamaño del campo de visión: lente de campo de visión pequeño, lente normal (aproximadamente 50 grados), lente gran angular, lente ultra gran angular (100-120 grados).
Lente estándar
El ángulo de visión es de aproximadamente 50 grados. Este es también el ángulo de visión que una persona puede ver con un ojo sin girar la cabeza y los ojos, por eso también se le llama. una lente estándar. Las distancias focales de lentes estándar de las cámaras de 5 mm son en su mayoría de 40 mm, 50 mm o 555 mm. La distancia focal del objetivo estándar de las cámaras de 120 mm es principalmente de 80 mm o 75 mm. Cuanto más grande sea el chip CCD, mayor será la distancia focal de la lente estándar.
Lente gran angular
El ángulo de visión es superior a 90 grados, lo que es adecuado para fotografiar escenas a corta distancia y gran alcance. El primer plano se puede exagerar deliberadamente para mostrar una imagen. fuerte sentido de distancia, es decir, un sentido de perspectiva. Un objetivo gran angular típico para una cámara de 35 mm tiene una distancia focal de 28 mm y un ángulo de visión de 72 grados. La lente de 50,40 mm de la cámara 120 equivale a la lente de 35,28 mm de la cámara de 35 mm.
Los teleobjetivos
son adecuados para fotografiar escenas distantes. Una profundidad de campo pequeña puede hacer que los sujetos de fondo borrosos destaquen fácilmente, pero son voluminosos y difíciles de enfocar en sujetos dinámicos. Los teleobjetivos para cámaras de 35 mm suelen dividirse en tres niveles: distancias focales medias inferiores a 135 mm, distancias focales largas superiores a 135-500 mm y lentes ultrateleobjetivos superiores a 500 mm. Una lente de 150 mm en una cámara de 120 equivale a una lente de 105 mm en una cámara de 35 mm. Debido a que las lentes de distancia focal larga son demasiado pesadas, existe un diseño de lente de teleobjetivo, que consiste en agregar una lente negativa detrás de la lente y mover el plano principal de la lente hacia adelante para obtener un cuerpo de lente de distancia focal corta.
Teleobjetivo reflectante
Es otro diseño de teleobjetivo que utiliza un espejo para crear imágenes. Sin embargo, por razones de diseño, no se puede instalar la apertura, por lo que solo se puede instalar la exposición. ajustarse a través del obturador.
Lente macro
Además de realizar fotografías macro extremadamente cercanas, también puede realizar fotografías a larga distancia.
Interfaz multimedia
Lente en forma de C
La longitud focal de la brida es la distancia desde la brida de montaje hasta el punto de convergencia de la luz paralela que incide sobre la lente. La longitud focal de la brida es de 17,526 mm o 0,690 pulgadas. Nervio de montaje: 1 pulgada de diámetro, 32 dientes. Esta lente está disponible para sensores lineales con una longitud de 0,512 pulgadas (13 mm). Sin embargo, debido a la deformación geométrica y las características del ángulo del mercado, es necesario distinguir si las lentes de enfoque corto son adecuadas. Por ejemplo, una lente con una distancia focal de 12,6 mm no debe usar una matriz lineal con una longitud superior a 6,5 mm. Si la distancia desde la lente a la matriz está determinada por la longitud focal de la brida, entonces cuando se aumenta. El objeto es menos de 20 veces, se debe agregar un anillo de fijación de lente. Se agrega un anillo de conexión detrás de la lente para aumentar la distancia entre la lente y la imagen, lo que significa que el rango de enfoque de la mayoría de las lentes es del 5 al 10%. La distancia de contacto de la lente es la distancia focal/ampliación del objeto.
Lente CS
Con el anillo adaptador de 5 mm, la lente C se puede utilizar en cámaras con montura CS.
Lente en forma de U
Lente de distancia focal variable, distancia focal de brida 47,526 mm o 1,7913 pulgadas, nervadura de montaje M42?1. Diseñado principalmente para aplicaciones de fotografía de 35 mm (como lentes de cámara 135 nacionales e importadas), se puede utilizar para cualquier conjunto con una longitud inferior a 1,25 pulgadas (38,1 mm). No se recomiendan lentes de distancia focal corta.
Lentes especiales
Por ejemplo, sistemas de aumento microscópico. Preste especial atención a la diferencia entre CS y c. Al conectar diferentes tipos de cámaras y diferentes tipos de lentes, debe personalizar el anillo adaptador. Es caro en el extranjero, por lo que es mejor tramitarlo usted mismo. Los principales parámetros y parámetros de evaluación de las lentes ópticas incluyen la distancia focal, el campo de visión, la distancia del objeto, la apertura, el obturador, etc. La evaluación de la excelencia del extremo de la lente no es más que la MTF (función de transferencia de modulación). Sin embargo, debido a aberraciones (motivos de calibración), cada rango de la lente tiene un valor MTF. Estos rangos se refieren a: (1) la parte paraxial, (2) la parte fuera del eje y (3) cuando hay distorsión asimétrica en el sistema óptico, las subpartes de las dos partes anteriores en diferentes direcciones. Para diferentes rangos de longitud de onda de energía radiante, cada parte tiene su correspondiente valor MTF. MTF es el índice óptimo y más utilizado para evaluar sistemas de imágenes, y también es el índice óptimo para guiar la integración de sistemas de visión artificial.
3 parámetros
Enfoque y profundidad de apertura de campo: un rango de enfoque moderadamente nítido alrededor del sujeto juega un papel importante en la apariencia de la imagen final. Para aprovechar todas las aperturas disponibles en su lente, monte su cámara en un trípode para evitar que la cámara se mueva.
Número de diafragma y tamaño de apertura
Cualquier lente configurada en un determinado número de diafragma puede generar imágenes con casi la misma cantidad de luz, porque el diámetro de apertura y la distancia focal influyen directamente relacionado.
Por ejemplo, cuando se utiliza un objetivo de 80 mm con un diámetro de apertura de 5 mm, la apertura debe ajustarse a f/16. Entonces, cuando la distancia focal de la lente se divide por el diámetro de apertura, se obtiene el número f/stop correspondiente.
Marca de enfoque
Ajusta las roscas del anillo de enfoque para que la lente sobresalga de la cámara. A medida que gira el anillo de enfoque, puede encontrar la distancia de enfoque ajustada colocando marcas alineadas con símbolos de referencia fijos.
Ajuste de apertura
Gire el anillo de apertura hasta el siguiente número de diafragma (como de f/4 a f/5,6) y el tamaño de apertura se reducirá a la mitad (es decir, , la cantidad de luz de la película se reduce a la mitad); baje el anillo de apertura hasta el siguiente número de f/stop (por ejemplo, de f/4 a f/2,8). El tamaño de la apertura se duplicó.
Rango de profundidad de campo
A medida que la lente enfoca al sujeto, podemos encontrar el número f/ correspondiente (o cercano a) la apertura establecida en ambos lados de la referencia fija. Símbolo El valor relativo debajo de la marca de distancia focal se identifica para determinar la profundidad de campo efectiva.
El papel de la profundidad de campo
Cambios en el tamaño de apertura: usar una lente de la misma distancia focal para enfocar un sujeto a la misma distancia muestra cómo ajustar el tamaño de apertura cambia la profundidad de campo. En términos generales, la profundidad de campo en el primer plano del sujeto se aumenta en 1/3 y la profundidad de campo detrás del sujeto se aumenta en 2/3. Cuanto menor sea la apertura, mayor será la profundidad de campo. La profundidad de campo con una apertura F/2 es mucho menor que con una apertura F/16.
Distancia entre el sujeto y la cámara: Incluso usando la misma distancia focal y apertura, la profundidad de campo está limitada hasta cierto punto por la distancia entre el sujeto y la cámara. Cuanto más cerca esté el sujeto de la cámara, menor será la profundidad de campo. Enfocar a 4,5 metros (15 pies) produce una profundidad de campo mucho mayor que enfocar a 1,5 metros (5 pies).
Cambio de lente: Cuando la distancia del objeto y la apertura son iguales, el uso de lentes con diferentes distancias focales puede cambiar la profundidad de campo. Cuanto más corta sea la distancia focal de la lente, mayor será la profundidad. Para lentes ultra gran angular (8-15 mm), la profundidad de campo es tan grande que no es necesario enfocar porque la profundidad de campo es clara en cada apertura.
4 Aplicaciones
Las lentes ópticas industriales se utilizan ampliamente en la detección de posicionamiento de objetos de alta reflectividad, como la detección de rayones en superficies como metales, vidrio, películas, obleas, chips y obleas de silicio. Detección de daños, posicionamiento de puntos de referencia, alineación de precisión industrial, posicionamiento, confirmación de piezas, medición dimensional, microscopios industriales y otros equipos de medición y alineación visual CCD.
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