Conocimientos básicos de fotografía con lentes ópticas.
Conocimientos básicos de las lentes ópticas de fotografía.
Las lentes ópticas son un componente esencial en los sistemas de visión artificial, que afectan directamente a la calidad de la imagen y a la implementación y efecto de los algoritmos. A continuación compartiré con usted los conocimientos básicos sobre lentes ópticos para fotografía. Puede 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 ciertamente no son una excepción. Aunque la resolución CCD de las cámaras digitales es limitada, en principio los requisitos de resolución óptica de la lente son menores, por otro lado, el área de imagen de las cámaras digitales es pequeña (porque las cámaras digitales muestran imágenes en CCD y el área de El CCD es relativamente pequeño (la película de una cámara tradicional de 35 mm es mucho más pequeña), por lo que se necesita una lente para garantizar una cierta calidad de imagen. Por ejemplo, para un tema determinado, 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 podrá hacer el trabajo. 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, se requiere una lente UV cuando se dispara en exteriores. El CCD es más sensible a los rayos infrarrojos, y agregar recubrimientos especiales o filtros externos a la lente también mejorará en gran medida la calidad de la imagen. . También se debe considerar la apertura física de la lente, independientemente de su apertura relativa, cuanto mayor sea la apertura física, mayor será el flujo luminoso. La cámara digital podrá aceptar y controlar mejor la luz y la calidad de la imagen será mejor.
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 nítido 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 ofrecen dos 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 más amplio que una lente estándar, una distancia mayor 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 dos tipos: lentes gran angular ordinarias y lentes ultra gran angular. La distancia focal de una lente gran angular normal para una cámara 135 es generalmente de 38 a 24 mm, y el ángulo de visión es de 60 a 84 grados, la distancia focal de una lente ultra gran angular es de 20 a 13 mm; El ángulo de visión es de 94 a 118 grados. Debido a que la lente gran angular tiene una distancia focal corta y un ángulo de visión amplio, puede capturar un área más grande del paisaje en una distancia de disparo más corta. Por lo tanto, se utiliza ampliamente en fotografías de estilo a gran escala. En la creación de fotografías, 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; en segundo lugar, la profundidad de campo es más larga, lo que garantiza que el paisaje frontal y posterior de la imagen; El sujeto se puede ver claramente en la imagen. 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, el paisaje se puede fotografiar a la misma distancia de disparo, la imagen en la imagen es más pequeña que la del paisaje tomado con una lente estándar; quinto, es probable que se produzcan defectos en la imagen como deformación 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 importante será este defecto.
Las cámaras digitales de calidad comercial utilizan en su mayoría el mismo objetivo gran angular normal que las cámaras normales de 35 mm. Debido a sus ventajas en profundidad de campo y amplio rango de disparo, a la hora de elegir una cámara digital, se debe elegir una cámara digital con. Con el mismo rendimiento, una cámara digital con capacidad de gran angular y teleobjetivo funcionaría mejor.
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 pero solo se puede ajustar cambiando la iluminación del campo de visión. La estructura es simple y el precio es económico.
Lente de enfoque fijo de apertura manual
La lente de enfoque fijo de apertura manual tiene un anillo de ajuste de apertura en comparación con una lente de enfoque fijo de apertura fija. El rango de apertura es generalmente de F1. 2 o F1.4 para cerrar completamente, puede adaptarse fácilmente a la iluminación de la escena que se está fotografiando y el ajuste de apertura se realiza manualmente. La iluminación es relativamente uniforme y el precio es más 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 saque 3 o 4 núcleos blindados. cables del circuito de accionamiento, conectados a la interfaz de iris automático 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 cambia en consecuencia, lo que cambia el nivel de la señal de video y genera una señal de control, que se transmite a la lente de apertura automática, lo que hace que el motor de la lente funcione. Gire hacia adelante o hacia atrás correspondiente para completar la tarea de cambio de tamaño.
Lente con zoom de apertura manual
La distancia focal es variable. Hay un anillo de ajuste de distancia focal que puede ajustar la distancia focal de la lente dentro de un cierto rango. La relación variable es generalmente. 2 a 3 veces. La distancia focal es generalmente de 3,6 a 8 mm. En aplicaciones prácticas, el rincón del mercado a monitorear se puede seleccionar fácilmente ajustando manualmente el anillo de zoom de la lente. Pero cuando la posición de instalación de la cámara es fija, resulta muy inconveniente ajustar el zoom manualmente con frecuencia. Por lo tanto, la distancia focal de una lente con zoom manual generalmente rara vez se ajusta una vez finalizado el proyecto. Sólo funciona como lente de enfoque fijo.
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 motores está integrado con el anillo de zoom de la lente y se puede conectar. controlado cuando gira. La distancia focal de la lente está conectada al anillo de enfoque de la lente, y cuando se controla para girar, 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, el controlador cambia el control del motor de ajuste de apertura de control automático a control manual.
Según distancia focal
Según campo de visión: lente de campo de visión pequeño, lente normal (unos 50 grados), lente gran angular y lente súper gran angular (100 -120 grados)
Lente estándar
El ángulo de visión es de aproximadamente 50 grados, que también es el ángulo de visión que una persona puede ver con un ojo sin mover la cabeza y los ojos, por lo que También se le llama lente estándar. La distancia focal del objetivo estándar de una cámara de 5 mm es principalmente de 40 mm, 50 mm o 55 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 de más de 90 grados. Es adecuado para fotografiar primeros planos y escenas a gran escala. También puede exagerar deliberadamente el primer plano para expresar. un fuerte sentido de distancia, es decir, 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.
Lente de distancia focal larga
Es adecuada para fotografiar escenas lejanas. La profundidad de campo facilita el desenfoque del fondo. Los sujetos borrosos destacan, pero son voluminosos y tienen dificultades para enfocar sujetos dinámicos. Los teleobjetivos de cámara de 35 mm generalmente se dividen en tres niveles. Por debajo de 135 mm se denomina distancia focal media, entre 135 y 500 mm se denomina distancia focal larga y por encima de 500 mm se denomina distancia focal súper larga.
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 voluminosas, existe un diseño de lente teleobjetivo, es decir, agregar una lente negativa detrás de la lente y mover el plano principal de la lente hacia adelante, de modo que se pueda usar un cuerpo de lente más corto para lograr el efecto de distancia focal larga.
Teleobjetivo reflectante
Es otro tipo de diseño de ultrateleobjetivo que utiliza un espejo reflectante para formar una imagen. Sin embargo, debido al diseño, no es posible instalarlo. una apertura y sólo puede utilizar un obturador. Ajustar la exposición.
Lente macro (lente marco)
Además de para fotografía macro de primeros planos extremos, también se puede utilizar para fotografía con teleobjetivo.
Por interfaz
Lente tipo C
La distancia focal de la brida es la distancia entre la brida de montaje y el punto de convergencia de la luz paralela que incide sobre la lente. La distancia focal de la brida es de 17,526 mm o 0,690 pulgadas. La nervadura de instalación es: 1 pulgada de diámetro, 32 hilos. La lente se puede utilizar con sensores de matriz lineal de hasta 0,512 pulgadas (13 mm) de longitud. Sin embargo, debido a la distorsión geométrica y las características de ángulo del mercado, se deben identificar las lentes de corto alcance para determinar su idoneidad. Por ejemplo, una lente con una distancia focal de 12,6 mm no debe utilizar una matriz lineal de más de 6,5 mm. Si se utiliza el tamaño de la distancia focal de la brida para determinar la distancia entre la lente y la matriz, se debe agregar un anillo adaptador de lente cuando el aumento del cuadrado del objeto sea inferior a 20 veces. El anillo adaptador se agrega detrás de la lente para aumentar la distancia entre la lente y la imagen, de modo que el rango de enfoque de la mayoría de las lentes sea de 5 a 10. La larga distancia de la lente es la distancia focal/ampliación del objeto.
Lente con montura CS
Con un anillo adaptador de 5 mm, se puede utilizar una lente C en una cámara con montura CS
Lente tipo U<. /p >
Una lente de distancia focal variable con una distancia focal de brida de 47,526 mm o 1,7913 pulgadas y una nervadura de montaje de M42?1. Diseñado principalmente para aplicaciones fotográficas de 35 mm (como varios lentes de cámaras 135 nacionales e importadas), se puede utilizar para cualquier conjunto de menos de 1,25 pulgadas (38,1 mm) de longitud. Se recomienda no utilizar lentes de distancia focal corta.
Lentes especiales
Como sistemas de aumento microscópico. Preste especial atención a la diferencia entre CS y C. Al conectar diferentes tipos de cámaras a diferentes tipos de lentes, se requiere un anillo adaptador personalizado. Es muy caro en el extranjero, así que concierte una cita, así que es mejor tramitarlo usted mismo. Los principales parámetros y evaluación de las lentes ópticas Los principales parámetros incluyen la distancia focal, el campo de visión, la distancia del objeto, la apertura, el obturador, etc. La evaluación más completa de una lente es MTF (Función de Transferencia de Modulación). Pero debido a aberraciones (razones 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) las subpartes de las dos partes anteriores en diferentes direcciones cuando hay distorsión asimétrica en el sistema óptico. Cada parte tiene su propio valor MTF correspondiente para diferentes rangos de longitud de onda de energía radiante. 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 apertura Profundidad de campo: El rango de enfoque moderadamente claro alrededor del sujeto juega un papel vital 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.
F/stop y tamaño de apertura
Cualquier tipo de lente configurada en un determinado f/stop puede transmitir imágenes con casi la misma cantidad de luz debido al diámetro de la apertura directamente. En relación con la distancia focal, por ejemplo, cuando se utiliza una lente de 80 mm con un diámetro de apertura de 5 mm, la apertura debe ajustarse a f/16. Por lo tanto, cuando la distancia focal de la lente se divide por el diámetro de la apertura, se obtiene el número f/stop correspondiente.
Marca de longitud de enfoque
Ajusta la rosca del anillo de enfoque y la lente se extiende desde la cámara. A medida que el anillo de enfoque gira, alinea la marca con el símbolo de referencia fijo y verás. Podrá encontrar la distancia focal que se está ajustando.
Ajuste de apertura
Gire el anillo de apertura hacia arriba hasta el siguiente número de diafragma (por ejemplo, de f/4 a f/5,6). El tamaño de apertura se reduce a la mitad (es decir). , la cantidad de luz que llega a 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 el sujeto, puede buscar el número f/ correspondiente (o cercano a) la apertura establecida en ambos lados de la apertura fija. símbolo de referencia para identificar la marca de distancia focal. Baje el valor relativo para determinar la profundidad de campo efectiva.
El papel de la profundidad de campo
Cambio en el tamaño de apertura: Enfocar un sujeto a la misma distancia a través de una lente de la misma distancia focal Esta ilustración muestra cómo se ajusta la profundidad de campo. El tamaño de apertura cambia la profundidad de campo. En términos generales, la profundidad de primer plano del sujeto se amplía en 1/3 y la profundidad de campo trasera se amplía en 2/3. Cuanto menor es la apertura, mayor es la profundidad de campo. La profundidad de campo con una apertura de F/2 es mucho menor que con una apertura de f/16.
Distancia del sujeto a la cámara: Incluso si se utiliza la misma distancia focal y apertura, la profundidad de campo está limitada en cierta medida por la distancia del sujeto a la cámara. Cuanto más cerca esté el sujeto de la cámara, menor será la profundidad de campo. La profundidad de campo producida por una lente que enfoca a 15 pies (4,5 metros) es mucho mayor que la profundidad de campo producida por una lente que enfoca a 5 pies (1,5 metros).
Cambios de lente: Bajo la misma distancia de objeto y apertura, 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 máxima. -Lentes angulares (8---15 mm), la profundidad de campo es tan grande que no es necesario ajustar el enfoque, porque la profundidad de campo es clara en todos los niveles de apertura.
4 Aplicaciones
Las lentes ópticas industriales se utilizan ampliamente para la detección de posicionamiento de objetos con una reflectividad extremadamente alta, como: detección de rayones en metal, vidrio, película, oblea y otras superficies, chips. y campo de detección de daños en obleas de silicio, posicionamiento de puntos MARCAS, alineación de precisión industrial, posicionamiento, confirmación de piezas, medición dimensional, microscopía industrial y otros campos de alineación visual CCD, dispositivos de medición, etc. ;