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

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。

審核編輯 ：李倩