Tämä on kuvankäsittelyresurssien oppaan kohta 1.3.

Kiinteän polttovälin linssit

Kiinteä polttovälilinssi, joka tunnetaan myös nimellä tavanomainen tai entosentrinen linssi, on linssi, jolla on kiinteä näkökulma (AFOV). Kohdistamalla linssi eri työskentelyetäisyydelle (WD) voidaan saada erikokoinen näkökenttä (FOV), vaikka katselukulma on vakio. AFOV määritetään tyypillisesti anturin vaakamittaan (leveys) liittyvänä täyden kulman (asteina) kanssa, jonka kanssa linssiä tulee käyttää.

Huomaa: Kiinteitä polttovälilinssejä ei pidä sekoittaa kiinteän tarkennuksen linssit. Kiinteät polttovälilinssit voidaan tarkentaa eri etäisyyksille; kiinteän tarkennuksen linssit on tarkoitettu käytettäväksi yhdessä yksittäisessä WD: ssä. Esimerkkejä kiinteän tarkennuksen linsseistä ovat monet telesentriset linssit ja mikroskoopin objektiivit.

Linssin polttoväli määrittää AFOV: n. Tietyn anturin koon kohdalla, mitä lyhyempi polttoväli, sitä laajempi AFOV. Lisäksi, mitä lyhyempi objektiivin polttoväli, sitä lyhyempi etäisyys tarvitaan saman FOV: n saavuttamiseksi verrattuna pidempään polttovälilinssiin. Yksinkertaiselle, ohuelle kuperalle linssille polttoväli on etäisyys linssin takapinnasta kuvan tasoon, joka on muodostettu objektista, joka on asetettu äärettömän kauas linssin eteen. Tästä määritelmästä voidaan osoittaa, että objektiivin AFOV liittyy polttoväliin (yhtälö 1), jossa $ \ small {f} $ on polttoväli ja $ \ small {H} $ on anturin koko ( Kuva 1).

Kuva 1: Tietyn anturin koon H kohdalla lyhyemmät polttovälit tuottavat laajempia AFOV-arvoja.

Polttoväli mitataan kuitenkin yleensä takaosasta taso, joka sijaitsee harvoin kuvalinssin mekaanisessa takaosassa; tämä on yksi syy siihen, miksi paraksiaalikaavayhtälöillä lasketut WD: t ovat vain likiarvoja, ja järjestelmän mekaaninen suunnittelu tulisi suunnitella vain käyttämällä tietokonesimulaation tuottamia tietoja tai linssispesifikaatioista saatuja tietoja. Paraksiaalilaskelmat, kuten linssilaskimista, ovat hyvä lähtökohta linssinvalintaprosessin nopeuttamiseksi, mutta tuotettuja numeerisia arvoja on käytettävä varoen.

Kun käytetään kiinteitä polttovälilinssejä, on kolme tapaa vaihda järjestelmän FOV (kamera ja linssi). Ensimmäinen ja usein helpoin vaihtoehto on vaihtaa WD linssistä kohteeseen; linssin siirtäminen kauemmaksi objektitasosta lisää FOV-arvoa. Toinen vaihtoehto on vaihtaa objektiivi eri polttovälillä. Kolmas vaihtoehto on muuttaa anturin kokoa; suurempi anturi tuottaa suuremman FOV: n samalle WD: lle, kuten yhtälössä 1 on määritelty.

Vaikka voi olla kätevää olla erittäin laaja AFOV, on otettava huomioon joitain negatiivisia seikkoja. Ensinnäkin joihinkin lyhyisiin polttovälilinsseihin liittyvä vääristymien taso voi suuresti vaikuttaa todelliseen AFOV: iin ja aiheuttaa vääristymästä johtuvia kulman vaihteluita WD: n suhteen. Seuraavaksi lyhyet polttovälilinssit pyrkivät yleensä saavuttamaan korkeimman suorituskyvyn verrattuna pidempiin polttovälivaihtoehtoihin (katso Paras käytäntö parempaan kuvantamiseen parhaista käytännöistä nro 3). Lisäksi lyhyillä polttovälilinsseillä voi olla vaikeuksia peittää keskikokoiset ja suuret anturikoot, mikä voi rajoittaa niiden käytettävyyttä, kuten on kuvattu suhteellisessa valaistuksessa, rullauksessa ja vinjetoinnissa.

Toinen tapa muuttaa kameran FOV: ta järjestelmän on käytettävä joko varifokaalilinssiä tai zoomobjektiivia; Tämäntyyppiset linssit mahdollistavat polttovälin säätämisen ja siten AFOV: n. Varifokaalilinsseillä ja zoomauslinsseillä on usein koon ja kustannusten haittoja verrattuna kiinteisiin polttovälilinsseihin, eivätkä ne usein pysty tarjoamaan samaa suorituskyvyn tasoa kuin kiinteät polttovälilinssit.

Polttovälin määrittäminen WD: n ja FOV: n avulla

Monissa sovelluksissa vaadittu etäisyys kohteesta ja haluttu FOV (tyypillisesti objektin koko ylimääräisellä puskuritilalla) ovat tunnettuja määriä. Näitä tietoja voidaan käyttää tarvittavan AFOV: n määrittämiseen suoraan yhtälön 2 avulla. Yhtälö 2 on sama kuin kolmion kärjen kulman löytäminen, jonka korkeus on yhtä suuri kuin WD ja sen pohja on yhtä suuri kuin vaakasuora FOV tai HFOV, kuten on esitetty Kuva 2. Huomaa: Käytännössä tämän kolmion kärki sijaitsee harvoin linssin mekaanisessa etupuolella, josta mitataan WD, ja sitä käytetään vain likiarvona, ellei sisääntulopupillin sijainti ole tiedossa.

Kun vaadittu AFOV on määritetty, polttoväli voidaan arvioida yhtälöllä 1 ja sopiva linssi voidaan valita linssin määritystaulukosta tai taulukkosta etsimällä lähin käytettävissä oleva polttoväli tarvittavalla AFOV: lla käytettävä anturi.

Esimerkissä 1 (katso valkoinen laatikko alla) johdettua 14,25 ° voidaan käyttää tarvittavan linssin määrittämiseen, mutta myös anturin koko on valittava. Kun anturin kokoa suurennetaan tai pienennetään, se muuttaa sitä, kuinka paljon linssin kuvaa käytetään; tämä muuttaa järjestelmän AFOV-arvoa ja siten koko FOV-arvoa. Mitä suurempi anturi, sitä suurempi on käytettävissä oleva AFOV samalla polttovälillä. Esimerkiksi 25 mm: n linssiä voidaan käyttää ½ ”(6,4 mm: n vaakasuora) -anturilla tai 35 mm: n linssiä 2/3” (8,8 mm: n vaakasuora) -anturin kanssa, koska ne molemmat tuottavat suunnilleen 14,5 ° AFOV: n anturit. Vaihtoehtoisesti, jos anturi on jo valittu, polttoväli voidaan määrittää suoraan FOV: sta ja WD: stä korvaamalla yhtälö 1 yhtälössä 2, kuten yhtälössä 3 on esitetty.

(3) $$ f = \ frac {\ left (H \ kertaa \ text {WD} \ right)} {\ text {FOV}} $$

Kuten aiemmin todettiin, järjestelmän WD: n joustavuus on otettava huomioon , koska yllä olevat esimerkit ovat vain ensiluokkaisia likiarvoja, eivätkä ne myöskään ota huomioon vääristymiä.

Kuva 2: FOV: n, anturin koon ja WD: n suhde tietyllä AFOV: lla.

FOV: n laskeminen kiinteällä suurennuksella varustetulla objektiivilla

Yleensä objektiivit, jotka on kiinteät suurennukset, kiinteät tai rajoitetut WD-alueet. Vaikka telesentrisen tai muun kiinteän suurennuksen linssin käyttö voi olla rajoittavampaa, koska ne eivät salli erilaisia FOV: itä vaihtelemalla WD: tä, niiden laskelmat ovat hyvin suorat, kuten yhtälössä 4.

(4 ) $$ \ text {FOV} = \ frac {H} {m} $$

Koska haluttu FOV ja anturi tunnetaan usein, objektiivin valintaprosessia voidaan yksinkertaistaa yhtälöllä 5.

(5) $$ m = \ frac {H} {\ text {FOV}} $$

Jos vaadittu suurennus on jo tiedossa ja WD on rajoitettu, yhtälö 3 voidaan järjestetty uudelleen (korvaamalla $ \ small {\ tfrac {H} {\ text {FOV}}} $ suurennuksella) ja käytettiin sopivan kiinteän polttovälilinssin määrittämiseen, kuten yhtälössä 6.

(6 ) $$ m = \ frac {f} {\ text {WD}} $$

Huomaa, että yhtälö 6 on likiarvo ja heikkenee nopeasti yli 0,1 suurennuksessa tai lyhyessä WD: ssä. Suurennuksissa, jotka ovat yli 0,1, tulisi käyttää joko kiinteää suurennuslinssiä tai tietokonesimulaatioita (esim. Zemax) sopivan linssimallin kanssa. Samoista syistä yleisesti Internetissä olevia linssilaskimia tulisi käyttää vain viitteenä. Jos olet epävarma, lue objektiivin määritystaulukko.

Huomaa: Vaakasuoraa FOV: ää käytetään tyypillisesti FOV-keskusteluissa mukavuuden vuoksi, mutta anturin kuvasuhteen (anturin leveyden ja korkeuden suhde) on oltava on otettava huomioon sen varmistamiseksi, että koko esine sopii kuvaan, jossa kuvasuhdetta käytetään murto-osana (esim. 4: 3 = 4/3), yhtälö 7.

(7) $$ \ teksti {Vaakasuora FOV} = \ teksti {Pystysuora FOV} \ kertaa \ teksti {Kuvasuhde} $$

Vaikka useimmat anturit ovat 4: 3, 5: 4 ja 1: 1, ovat myös melko yleisiä. Tämä erottelu kuvasuhteessa johtaa myös saman anturiformaatin antureiden mittasuhteisiin. Kaikkia tässä osassa käytettyjä yhtälöitä voidaan käyttää myös pystysuoraan FOV: iin, kunhan anturin pystymitta on korvattu yhtälöissä määritellyllä vaakamitalla.

Linssin polttovälin esimerkit

Polttovälin määrittäminen WD: n ja FOV: n avulla

Esimerkki 1: Mikä on AFOV järjestelmälle, jonka haluttu WD on 200 mm ja FOV 50 mm?

\ begin { tasaa} \ text {AFOV} & = 2 \ kertaa \ tan ^ {- 1} \ vasen ({\ frac {50 \ text {mm}} {2 \ kertaa 200 \ text {mm}}} \ right) \\ \ text {AFOV} & = 14.25 ° \ end {align}

FOV: n laskeminen käyttämällä objektiivia Kiinteä suurennus

Esimerkki 2: Sovelluksessa, joka käyttää ½ tuuman anturia, jonka anturin vaakakoko on 6,4 mm, halutaan vaakasuora FOV 25 mm.

\ begin {tasaa } m & = \ frac {6.4 \ text {mm}} {25 \ text {mm}} \\ m & = 0,256 \ text {X} \\ \ end {align}

Tarkastelemalla kiinteän suurennuksen tai teletsentin luetteloa ric-linsseistä voidaan valita oikea suurennus.

Huomaa: Suurennuksen kasvaessa FOV-koko pienenee; laskettua pienempi suurennus on yleensä toivottava, jotta koko FOV voidaan visualisoida. Esimerkin 2 tapauksessa 0,25X-objektiivi on lähin yleinen vaihtoehto, joka tuottaa 25,6 mm: n FOV-kuvan samalle anturille.