1、一、 數碼相機圖1 數碼相機基本硬件結構圖像透過鏡頭在感光元件成像，經過A/D轉換器變成數字信號，然后經過數字信號處理器對數字信號進行處理，在進行壓縮和存儲，或者是通過控制系統對計算結果判斷對相機鏡頭、快門以及光圈進行調節。1.1 數碼相機硬件光學鏡頭的合理選取將決定整個系統的精度。鏡頭的基本參數焦距（Focal Length）：焦距是從鏡頭的中心點到膠平面上所形成的清晰影像之間的距離。焦距的大小決定著視角的大小，焦距數值小，視角大，所觀察的范圍也大；焦距數值大，視角小，觀察范圍小。根據焦距能否調節，可分為定焦鏡頭和變焦鏡頭兩大類。光圈(Iris)：用F表示，以鏡頭焦距f和通光孔徑D的比值來衡

2、量。每個鏡頭上都標有最大F值，例如 8mm /F1.4代表最大孔徑為 5.7毫米 。F值越小，光圈越大，F值越大，光圈越小。CCD: 對應最大CCD傳感器尺寸。鏡頭成像直徑可覆蓋的最大CCD芯片尺寸。主要有：1/2、2/3、1和1（英寸）以上。NA：數值孔徑，數值孔徑等于由物體與物鏡間媒質的折射率n與物鏡孔徑角的一半（a2）的正弦值的乘積，計算公式為N.A=n*sin a/2。數值孔徑與其它光學參數有著密切的關系，它與分辨率成正比，與放大率成正比。也就是說數值孔徑，直接決定了鏡頭分辨率，數值孔徑越大，分辨率越高，否則反之。鏡頭分辨率(Resolution)：分辨率代表鏡頭記錄物體細節的能力，以

3、每毫米里面能夠分辨黑白對線的數量為計量單位：“線對/毫米”（lp/mm）。分辨率越高的鏡頭成像越清晰。百萬像素鏡頭對應的極限空間分辨率是90線對/mm，二百萬像素鏡頭對應的空間分辨率是110線對/mm，五百萬像素鏡頭對應的空間分辨率是160線對/mm相機分辨率（像素pixel）：相機的極限空間分辨率代表了的相機能夠分辨的空間最小細節，其計算公式可以簡單理解為：1/（單個像素尺寸*2），單位：線對/mm。在鏡頭和相機匹配時，鏡頭的極限空間分辨率必須高于相機的極限空間分辨率，這樣才能讓相機實現最佳成像性能。 FOV：視野范圍，視角FOV是指鏡頭所能覆蓋的范圍，（物體超過這個角就不會被收在鏡頭里）,

4、一個攝像機鏡頭能涵蓋多大范圍的景物，通常以角度來表示，這個角度就叫鏡頭的視角FOV。被攝對象透過鏡頭在焦點平面上結成可見影像所包括的面積，是鏡頭的視場。WD：工作距離，鏡頭第一個工作面到被測物體的距離。DOF：景深，指在被攝物體聚焦清楚后，在物體前后一定距離內，其影像仍然清晰的范圍。景深隨鏡頭的光圈值、焦距、拍攝距離而變化。光圈越大，景深越小；光圈越小、景深越大。焦距越長，景深越小；焦距越短，景深越大。距離拍攝體越近時，景深越小；距離拍攝體越遠時，景深越大。：光學放大倍率，CCD/FOV，即芯片尺寸除以視野范圍。Flange distance：后背焦，準確來說，后倍焦是相機的一個參數，指相機接

5、口平面到芯片的距離。但在線掃描鏡頭或者大面陣相機的鏡頭選型時，后倍焦是一個非常重要的參數，因為它直接影響鏡頭的配置。不同廠家的相機，哪怕接口一樣也可能有不同的后倍焦。接口(Mount)：鏡頭與相機的連接方式。常用的包括C、CS、F、V、T2、Leica、M42x1、M75x0.75等。光學鏡頭的分類a) 按相機的不同分為面陣鏡頭和線陣鏡頭b) 按焦距分為定焦鏡頭和變焦鏡頭定焦鏡頭：焦距固定，一般光圈可調，帶聚焦微調，只有小工作距離，視野范圍隨著距離變化。變焦鏡頭：焦距可以連續變化，尺寸比定焦鏡頭大，適合物體變化，像素質量不如定焦鏡頭。c) 按放大倍數分為定倍鏡頭和變倍鏡頭定倍鏡頭：固定放大倍率

6、、固定工作距離，無光圈、無調焦、低變形率，可以配合同軸光源使用。變倍鏡頭：在不改變工作距離的情況，可無級調節放大倍率，在改變放大倍率時，仍然呈現卓越的圖像質量，結構復雜。d) 按遠心類型分為物方遠心鏡頭、像方遠心鏡頭和兩側遠心鏡頭物方遠心鏡頭：通過在像方焦平面上放置孔徑光闌，使物方主線平衡與光軸，從而雖然物距改變，但成像位置不變。像方遠心鏡頭：通過在像方焦平面上放置孔徑光闌，使物方主線平衡與光軸，從而雖然CCD芯片的安裝位置有所改變，在CCD芯片上投影成像大小不變。兩側遠心鏡頭：兼有以上兩種特點，但結構更加復雜。工業相機的選型a) 選擇鏡頭接口和最大CCD尺寸鏡頭接口要與相機接口匹配安裝或可通

7、過外加轉換口匹配安裝即可；鏡頭可支持的最大CCD尺寸應大于等于選配相機CCD芯片尺寸。b) 選擇鏡頭焦距鏡頭焦距決定視角范圍，根據所需要視角的大小選擇鏡頭焦距。現在數碼相機的圖像傳感器有CCD和COMS兩種。CCD (Charge Coupled Device)感光耦合元件為數碼相機中可記錄光線變化的半導體，通常以百萬像素為單位。數碼相機規格中的多少百萬像素，指的就是CCD的解析度，也代表著這臺數位相機的 CCD 上有多少感光元件。 CCD的主要材質是硅晶半導體，通過光電效應，由感光元件表面感應來源光線，從而轉換成儲存電荷的能力。CCD 元件上安排有通道線路，將這些電荷傳輸至放大解碼原件，就能

8、還原 所有CCD上感光元件產生的信號，并構成了一幅完整的畫面。CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor)為互補性氧化金屬半導體，其外形與CCD無異。CMOS的材質主要是利用硅和鍺兩種元素做成的半導體，使其在CMOS上共存著帶N（帶電）和 P（帶+電）級的半導體，這兩個互補效應所產生的電流即可被處理晶片紀錄和解讀成影像。在處理采集數據上，CCD與COMS的區別是：CCD 每曝光一次，自快門關閉或是內部時脈自動斷線（電子快門）后，即進行像素轉移處理，將每一行中每一個像素的電荷信號依序傳入緩沖器（電荷儲存器）中，由底端的線路導引輸出至 CCD 旁的放大器進行放大，再串聯 ADC（類比數字模擬轉換器）輸出；相對地，在CMOS傳感器中，每個象素都會鄰接一個放大器及A/D轉換電路，用類似內存電路的方式將數據輸出。在結構上，CCD的特色在于充分保持信號在傳輸時不失真（專屬通道設計），透過每一個像素集合至單一放大器上再做統一處理，可以保持信號的完整性；CMOS的制造較簡單，沒有專屬通道的設計，因此必須先行放大再整合各個像素的信號。在成像效果上，CCD與COMS的比較如表1所示：表1