隨著自動化的日益劇增，CCD相機、鏡頭倍率被提上日程，許多小伙伴們開始被客戶問到這個問題，大部分無法很好的回答客戶的問題，形成CCD相機、鏡頭倍率如神一般的存在。相信很多小伙伴們都查閱了各大網站和資料，看起來算法很麻煩的樣子。可能是基于這個英寸轉換問題和對自動化領域相對陌生的原因吧。今天，測量攻城獅擠出一點時間和大家分享一下CCD相機、鏡頭倍率的算法，讓大家都可以說出個一二。

? 認識CCD結構：CCD相機+鏡頭

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CCD相機

CCD芯片靶面尺寸

單位是：mm

如上圖，假設靶面尺寸是1/4”型號，則靶面對角線是4mm，目鏡鏡頭光學放大倍率是0.5X，顯示器尺寸為14英寸.

則顯示放大倍率=0.5*14*25.4/4=44.45X

假設物鏡放大到3X，那么放大倍率=44.45*3=133.35X

CCD專業名詞及型號選擇

首先，要確定工業相機的接口、靶面尺寸和分辨率大小。打比方是2/3" 工業相機，C接口，500萬像素；那么我們可以先確定需要的工業鏡頭是C接口，最少支持2/3", 500萬像素以上。

其次，確定所要達到的視野范圍(FOV)和工作距離(WD)，然后根據這兩個要求和已知的靶面尺寸計算出工業鏡頭的焦距(f)。其計算公式為：

焦距f ＝工作距離(WD) × 靶面尺寸( H or V) /視野范圍 FOV( H or V) 視野范圍FOV ( H or V)＝工作距離(WD) × 靶面尺寸( H or V) / 焦距f 視野范圍FOV( H or V)＝ 靶面尺寸( H or V) / 光學倍率 工作距離WD = f(焦距）× 靶面尺寸/視野范圍FOV( H or V) 光學倍率 ＝ 靶面尺寸( H or V) /視野范圍FOV( H or V) ? （H代表CCD靶面水平寬度，V代表CCD靶面垂直高度）

打比方視野是100*100mm, WD是500mm,先從工作距離確定工業鏡頭的焦距要在50mm以下,市場上工業鏡頭焦距一般是12mm, 16mm, 20mm, 25mm, 35mm, 50mm, 75mm。再結合相機靶面的大小來確定是哪個型號，工業鏡頭的焦距越小，視場角就越大，視野也就相應的更大。 如果靶面為2/3" 可以選擇35mm焦距的工業鏡頭；靶面1/2" 則需要25mm焦距的工業鏡頭，或者更小，以此類推。 例如：CCD2/3″（長8.8mm×6.6mm），視場范圍（長64mm×48mm） 光學放大倍率=8.8/64=6.6/48=0.1375 ?

工業相機與鏡頭分辨率匹配關系

鏡頭的成像質量有它自己的一系列衡量指標，一般來說，相機的成像質量要和鏡頭的成像質量相對應，差異不能太大。鏡頭再好，機身傳感器的分辨率上不去，其優質的取景能力也表現不出來; 機身畫幅和分辨率再高，鏡頭畫質不給力，也捕獲不到優秀的畫質。 一般在對工業相機與鏡頭選型時，在分辨率匹配方面，為了方便記憶鏡頭與相機的匹配關系，人們常采用對應相機的分辨率來命名鏡頭。這種命名方式其實并不科學，同時給新接觸視覺系統的人帶來了很多誤解，經常會機械的套用百萬像素分辨率相機對應百萬像素鏡頭，200萬像素分辨率相機對應200萬像素鏡頭，而500萬像素分辨率相機則對應500像素鏡頭。其實鏡頭與相機對應的并不是相機自身的像素分辨率(像素數)，而是各自的極限空間分辨率(即傳遞函數MTF（MODULATION Transfer Function）對應的空間截止頻率)。 （注：鏡頭的分辨率指1mm內可以分辨的黑白對數，鏡頭的性能主要靠MTF曲線來判斷，越是平緩變化的曲線性能越好） ?

鏡頭的選型實例(已定相機選擇鏡頭)

已知客戶的鏡頭的尺寸是1/3,接口是CS接口，視野大小為12*10mm要求精度為0.02mm，則應該選用多大分辨率相機？ 計算方法： (12/0.02)*(10/0.02)=30萬像素，但是如果是缺陷檢測通常不會只用一個像素表示一個精度，而是乘以3-4倍，即30*4=120萬像素。最低不少于120萬像素。 ?

已知客戶要求的系統分辨率為0.06mm,像元（相機像素尺寸）大小為4.7um，工作距離大于100mm，光源采用白色LED燈，那么需要多少焦距的鏡頭？

計算方法：

1）客戶如果沒有變焦要求，選擇定焦鏡頭就可以

2）如果帶有測量功能的盡量用畸變小的鏡頭或者遠心鏡頭

3）焦距計算

成像放大倍率M=4.7/(0.06*1000)

f=L*M/(M+1) ?????????????????????

（注意：鏡頭的成像像面要大于等于CCD尺寸，鏡頭的接口和相機配合）

工業相機傳感器尺寸大小

F=2.8mm鏡頭，拍攝距離為1~4米，拍攝角度為115°

F=3.6mm拍攝距離為2~6米拍攝角度93°

F=6mm 拍攝距離為3~15米 拍攝角度為53°

F=8mm 拍攝距離為4~20米 拍攝角度為40°

F=12mm拍攝距離為5~25米 拍攝角度為25°

F=16mm拍攝距離為5~30米 拍攝角度為20°

F=25mm拍攝距離為20~80米拍攝角度為15°

計算工業鏡頭視場范圍

視場的大小=(CCD格式大小)/(光學放大倍率)

例如:光學放大倍率＝0.8X，CCD1/2〃(長4.8mm×寬6.4mm)視場大小:

長＝4.8/0.8＝6(mm), ??寬＝6.4/0.8＝8(mm)。

鏡頭計算公式，Y=f*tanθ y:像的大小 f:焦距θ:半畫角，θ=2tan-1*y/2f，例:1/2寸攝像機配12.5mm鏡頭時畫面橫向的視場面是:θ=2tan-1*6.4/2*12.5=28.72。

以上為CCD相機及鏡頭的簡單介紹，要完全理解CCD，還需要去研究數值孔徑NA和F#，相機的精度（分辨率（像元）、鏡頭的精度（分辨率（艾利斑）、線陣相機、面陣相機、遠心鏡頭、景深等知識。在此僅介紹光學倍率、焦距等計算及相關名詞的解釋。

編輯：黃飛

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