大光圈镜头成像系统的相关研究
发布时间：2021-08-16 22:51
视频监控是安防系统最重要的防范手段,其重要性不言而喻。随着人们对安防监控的需求,全天候监控已经应运而生。普通光圈镜头的摄像机在黑夜环境下无法清晰成像,虽然由红外补光灯的照射下可以在低照度下获得清晰的像,但只能形成黑白的图像,丢失了重要的色彩信息。镜头的进光量和相对孔径的平方成正比,增大镜头的光圈就会使更多的光线进入系统成像。在相同低照环境下,大光圈系统的图像细节就会更加清晰,优势就会明显的展现出来。但是大光圈镜头对整个成像系统的装配精度要求非常高。在相同焦距的镜头中,因大光圈镜头的焦深更短,传统的装配方式将导致合格率低,极大的影响了生产效率。焦深短,在装配时必须使得CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）感光面和镜头的光轴垂直,才能保证其全部落在镜头的焦深范围内。目前影响上述装配精度的因素有:镜头和镜头座的垂直度误差、镜头座在PCB（Printed Circuit Board）板上的安装误差、CMOS封装和焊接误差等。前两个因素可以通过特制的工装来减小误差。而CMOS封装和焊接误差是客观存在的,很难通过提高封装和焊接精度使其完全消除。本...
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光圈依次为F1.2、F1.6、F2.0的镜头实物Figure2-1.ThelensisactuallythelensofF1.2,F1.6,F2.0
大光圈镜头成像系统的相关研究9图2-1光圈依次为F1.2、F1.6、F2.0的镜头实物Figure2-1.ThelensisactuallythelensofF1.2,F1.6,F2.0使用锐景达仪器对这3颗镜头的相对孔径、焦距等基本信息进行测量。测量结果如表（2-1）所示：表2-1镜头焦距、光圈参数实测值Table2-1.Lensfocallength,apertureparametermeasuredvalue相对孔径1.221.572.04等效孔径（mm）5.853.292.42焦距（mm）5.9735.1684.929法兰后焦（mm）9.88910.6044.895清晰度633647681为了验证不同光圈镜头在夜间图像效果，在夜晚通过拍摄相同环境下的实景来测试F2.0、F1.6、F1.2镜头的夜间效果。在夜间21点实景拍摄效果如下图：图2-2夜间21点,F2.0、F1.6、F1.2实景对比效果Figure2-2.21:00atnight,F2.0,F1.6,F1.2real-timecontrasteffect通过图（2-2）测试结果我们可以明显看出，大光圈F1.2镜头在夜间的图像效果是远远优于普通光圈F2.0镜头的图像效果。大光圈镜头在低照度的环境下清晰还原了实景的环境，提升了物体的细节辨识度。
大光圈镜头成像系统的相关研究11第三章像面倾斜对镜头成像质量影响的仿真分析理想成像系统[26]是指一束平行光进入系统后，光线会在焦平面上汇聚成一个交点，不会产生任何像差。这个交点对应的平面就是成像系统的焦平面，所有进入成像系统的平行光线都会被汇聚在焦平面上成清晰的像。实际成像系统像差校正后，除了理想的焦平面上可以得到清晰像外，把理想波面沿镜头光轴方向轴向离焦[27]，使得波差不大于λ/2（半波长）时也能够得到清晰像所对应的离焦量称为镜头的焦深Δδ。24()2fa（3-1）式（3-1）中：λ是入射光的波长，f是光学系统的焦距，2a为光学系统入射光瞳的直径，2fa是光学系统的F数。3.1理想成像系统模型的分析如图（3-1）所示，平行于光轴入射的平行光通过成像系统后相交于像平面的中点，因此像面的倾斜角度不会对成像质量造成影响。在实际应用中，光学成像系统是需要接收不同角度的光线。下面将带有一定角度平行光入射到入瞳直径为2a、焦距为f的理想成像系统，研究像面倾斜角度时对弥散斑大小的影响。图3-1平行于光轴的平行光示意图Figure3-1.Schematicdiagramofparallellightparalleltotheopticalaxis如图（3-2）所示，A点和B点分别是理想透镜的入瞳上边缘和入瞳的下边缘。平行光斜入射在光学透镜上，经过光学透镜的汇聚在像平面上相交于点C。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于视频监控技术的平安城市系统设计[J]. 葛菁. 数字技术与应用. 2019(04)
[2]基于ZEMAX的一款显微镜附加镜头的光学设计[J]. 曾爱云,程荣龙,宫昊. 蚌埠学院学报. 2019(02)
[3]基于Canny算子的改进型图像边缘提取算法[J]. 范晞,费胜巍,储有兵. 自动化与仪表. 2019(01)
[4]MTF（调制传递函数）在卫星遥感影像中的应用[J]. 赵翔. 计算机产品与流通. 2018(08)
[5]关于CMOS图像传感器封装标准的探讨[J]. 肖汉武. 电子产品可靠性与环境试验. 2018(01)
[6]摄像机内图像传感器装调误差检验方法[J]. 乔玉晶,曹岩,谭世征. 电子测量与仪器学报. 2018(02)
[7]六自由度测量方法中相机参数对测量精度的影响研究[J]. 刘力双,吕勇,孟浩,黄佳兴. 激光杂志. 2018(01)
[8]一种基于空间光程差调制的条纹位置测量方法[J]. 孙长胜,朱永田,胡中文,徐腾,梅蓉. 光子学报. 2016(09)
[9]高清监控更进一尺 看4K镜头发展之道[J]. 罗超. 中国公共安全. 2016(13)
[10]安防慧眼——高清镜头发展趋势[J]. 王大地. 中国公共安全. 2016(13)
硕士论文
[1]基于Canny与模糊算法的图像边缘提取技术研究[D]. 王传正.上海师范大学 2016
[2]大靶面大孔径日夜共焦高清成像光学系统设计[D]. 王琨.福建师范大学 2016
[3]CMOS图像传感器像素光敏器件研究[D]. 李天琦.哈尔滨工程大学 2013
[4]基于针孔像分析的光学传递函数测试技术研究[D]. 王矫.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2007
本文编号：3346530
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光圈依次为F1.2、F1.6、F2.0的镜头实物Figure2-1.ThelensisactuallythelensofF1.2,F1.6,F2.0
大光圈镜头成像系统的相关研究9图2-1光圈依次为F1.2、F1.6、F2.0的镜头实物Figure2-1.ThelensisactuallythelensofF1.2,F1.6,F2.0使用锐景达仪器对这3颗镜头的相对孔径、焦距等基本信息进行测量。测量结果如表（2-1）所示：表2-1镜头焦距、光圈参数实测值Table2-1.Lensfocallength,apertureparametermeasuredvalue相对孔径1.221.572.04等效孔径（mm）5.853.292.42焦距（mm）5.9735.1684.929法兰后焦（mm）9.88910.6044.895清晰度633647681为了验证不同光圈镜头在夜间图像效果，在夜晚通过拍摄相同环境下的实景来测试F2.0、F1.6、F1.2镜头的夜间效果。在夜间21点实景拍摄效果如下图：图2-2夜间21点,F2.0、F1.6、F1.2实景对比效果Figure2-2.21:00atnight,F2.0,F1.6,F1.2real-timecontrasteffect通过图（2-2）测试结果我们可以明显看出，大光圈F1.2镜头在夜间的图像效果是远远优于普通光圈F2.0镜头的图像效果。大光圈镜头在低照度的环境下清晰还原了实景的环境，提升了物体的细节辨识度。
大光圈镜头成像系统的相关研究11第三章像面倾斜对镜头成像质量影响的仿真分析理想成像系统[26]是指一束平行光进入系统后，光线会在焦平面上汇聚成一个交点，不会产生任何像差。这个交点对应的平面就是成像系统的焦平面，所有进入成像系统的平行光线都会被汇聚在焦平面上成清晰的像。实际成像系统像差校正后，除了理想的焦平面上可以得到清晰像外，把理想波面沿镜头光轴方向轴向离焦[27]，使得波差不大于λ/2（半波长）时也能够得到清晰像所对应的离焦量称为镜头的焦深Δδ。24()2fa（3-1）式（3-1）中：λ是入射光的波长，f是光学系统的焦距，2a为光学系统入射光瞳的直径，2fa是光学系统的F数。3.1理想成像系统模型的分析如图（3-1）所示，平行于光轴入射的平行光通过成像系统后相交于像平面的中点，因此像面的倾斜角度不会对成像质量造成影响。在实际应用中，光学成像系统是需要接收不同角度的光线。下面将带有一定角度平行光入射到入瞳直径为2a、焦距为f的理想成像系统，研究像面倾斜角度时对弥散斑大小的影响。图3-1平行于光轴的平行光示意图Figure3-1.Schematicdiagramofparallellightparalleltotheopticalaxis如图（3-2）所示，A点和B点分别是理想透镜的入瞳上边缘和入瞳的下边缘。平行光斜入射在光学透镜上，经过光学透镜的汇聚在像平面上相交于点C。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于视频监控技术的平安城市系统设计[J]. 葛菁. 数字技术与应用. 2019(04)
[2]基于ZEMAX的一款显微镜附加镜头的光学设计[J]. 曾爱云,程荣龙,宫昊. 蚌埠学院学报. 2019(02)
[3]基于Canny算子的改进型图像边缘提取算法[J]. 范晞,费胜巍,储有兵. 自动化与仪表. 2019(01)
[4]MTF（调制传递函数）在卫星遥感影像中的应用[J]. 赵翔. 计算机产品与流通. 2018(08)
[5]关于CMOS图像传感器封装标准的探讨[J]. 肖汉武. 电子产品可靠性与环境试验. 2018(01)
[6]摄像机内图像传感器装调误差检验方法[J]. 乔玉晶,曹岩,谭世征. 电子测量与仪器学报. 2018(02)
[7]六自由度测量方法中相机参数对测量精度的影响研究[J]. 刘力双,吕勇,孟浩,黄佳兴. 激光杂志. 2018(01)
[8]一种基于空间光程差调制的条纹位置测量方法[J]. 孙长胜,朱永田,胡中文,徐腾,梅蓉. 光子学报. 2016(09)
[9]高清监控更进一尺 看4K镜头发展之道[J]. 罗超. 中国公共安全. 2016(13)
[10]安防慧眼——高清镜头发展趋势[J]. 王大地. 中国公共安全. 2016(13)
硕士论文
[1]基于Canny与模糊算法的图像边缘提取技术研究[D]. 王传正.上海师范大学 2016
[2]大靶面大孔径日夜共焦高清成像光学系统设计[D]. 王琨.福建师范大学 2016
[3]CMOS图像传感器像素光敏器件研究[D]. 李天琦.哈尔滨工程大学 2013
[4]基于针孔像分析的光学传递函数测试技术研究[D]. 王矫.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2007
本文编号：3346530
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/gongchengguanli/3346530.html
