相机、镜头原理及其选型1.凸透镜成像原理
图 1
注：相机镜头中的焦距为：凸透镜焦点到成像平面的距离
图 2 成像平面
镜头焦距
2.相机原理
相机机身
镜头部分
相机成像实际就是凸透镜成像，拍摄物体反射光经镜头（凸透镜）聚焦，在感光系统上形成倒立缩小的像，像经进一步处理得到相片或数码图像。
3.相机相关概念
https://www.doczj.com/doc/684974928.html,D（Charge-coupled Device，电荷耦合元件）
CCD是图像传感器，将光信号转换成电信号，再将电信号转换成
数字信号，经处理后成为图像信号。
结构：
(1)、大量光敏元件排在一起组成感光元件（每个光敏元件为一个像素点）。
(2)、并行信号寄存器，用于暂时储存感光后产生的电荷。
(3)、串行信号寄存器，暂时储存并行寄存器的模拟信号并将电荷转移放大。
(4)、信号放大器，放大微弱电信号。
(5)、数摸转换器，将放大的电信号转换。
目前工业相机主要CCD尺寸
3.2.CMOS
和CCD一样，是图像传感器。区别在于：
(1)、信号的读出过程不同，CCD是通过一个或几个节点统一读出像素，CMOS通过单个像素同时读取，因此一致性CCD更好。
(2)、集成性CCD更复杂
(3)、CMOS读取速度更快。
(4)、CCD技术更成熟，噪声少，成像质量更好。
3.3.像素
相机感光元件上每个光敏元件即为一个像素点。
注：要想得到高清照片，必须保证有一定的像素数。但并非像素
数越大，照片的就越清晰。照片的清晰度是由“点像"决定，即每点（寸等）有多少像素。通常相机的像素大小又被叫做相机分辨率。
3.4.感光度（IOS）、增益（Gain）
(1)、感光度：为数码单反相机的参数之一，表示图像传感器或
胶片对光的敏感程度，增加感光度，图像更亮，但画质变差。
(2)、增益：为工业相机参数之一，是调节感光度的一种方法。
增益增加，图像更亮，但画质变差。
(3)、感光度和增益的区别为：一：适用对象不同，感光度常用
于数码单反相机，而增益用于工业相机；二：提高感光度可通过多种
方式获得，而提高增益恰是提高感光度的一种方式。
3.5.帧率
相机采集传输图像的速率，对于面阵相机一般为每秒采集的帧数(Frames/Sec.)，对于线阵相机为每秒采集的行数(Hz)。
4.镜头相关概念
4.1.焦距
成像光线在镜头内交点到影像传感器的距离称作焦距，焦距数值小，视角大；焦距数值大，视角小。
蓝色光线所表示的焦距相对红色变大，其视角则变小。
4.2.光圈
光圈：由叶片组成的用于控制光通过量的装置。
绝对孔径：光圈的实际孔径大小。
曝光量：除去外部环境因素，曝光量与曝光度和曝光时间成正比。曝光时间由快门决定，而曝光度与光圈的绝对孔径和镜头焦距成正比。
相对孔径：为了反映曝光度，将孔径与焦距的比值定义为相对孔径。
光圈值（f）：为焦距与绝对孔径的比值，即相对孔径的倒数。
较大的光圈（较小的f值）意味着有更多光线通过镜头，可在弱光环境中拍摄。
4.3.快门
通过控制曝光时间控制曝光量的装置。
快门分机械快门和电子快门。
机械快门：通过机械方式控制通光孔（快门）的开闭。
电子快门：利用了CCD 感光系统不通电不工作的原理。
4.4.景深
(1)、拍摄景物中能产生较为清晰影像的最近点至最远点的距离。
222
2
f F L
F f 光圈值越大，景深越
小；光圈值越小、景深越
大。焦距越长，景深越小；
焦距越短，景深越大。距
离拍摄体越近时，景深越
小；
(2)、景深与光圈的关系（进一步说明景深）
注：弥散圆：物点成像时，由于像差，其成像光束不能会聚于一点，而是在像平面上形成一个扩散的圆形投影，成为弥散圆。弥散圆
只要在人眼接受范围内，就算清晰的像。
由上图可知，当使用小光圈时，在更大的景深范围内依然形成满足清晰要求的弥散圆。因此，小光圈（更大f值），景深更大。
4.5.分辨率
在成像平面上1毫米间距内能清晰分辨的黑白相间的线条对数，单位是“线对/毫米”（lp/mm，line-pairs/mm）。
测试方法：将待测镜头装在一个胶片照相机上。去拍摄黑白条纹图（分辨率图版），然后用高倍放大镜（镜头分辨率检测仪）检测底
片上每毫米范围内能清晰分辨的线条对数，能分辨得越多则分辨率越高。注：镜头分辨率和相机分辨率配合，才能排出高质量图像。
4.6.视场(Field of view, 即FOV，也叫视野范围)
指观测物体的可视范围，也就是充满相机采集芯片的物体部分。4.7.工作距离(Working Distance,即WD)
指清晰成像时，从镜头前部到受检验物体的距离。
4.8.失真（distortion）
又称畸变，指被摄物平面内的主轴外直线，经光学系统成像后变为曲线，则此光学系统的成像误差称为畸变。畸变像差只影响影像的几何形状，而不影响影像的清晰度。
畸变透镜的固有特性（凸透镜汇聚光线、凹透镜发散光线），所
以无法消除，只能改善。工业上对畸变要求高的场合可选用远心镜头。
4.9.镜头类型
标准、远心、广角、近摄、远摄。
5.工业相机及镜头选型说明
5.1.选择相机感光芯片尺寸
(1)、原则一：相机像素大小（分辨率）≧所需相机像素大小
(2)、原则二：镜头可支持的最大感光芯片尺寸≧相机芯片尺寸
(3)、原则三：静止拍照、全局曝光选CMOS；运动拍照选CCD。
5.2.选择相机与镜头接口类型
5.3.波长、变焦与否
成像过程中需要改变放大倍率的应用，采用变焦镜头，否则采用定焦镜头。
工业相机镜头的工作波长，可考虑：是否采用可见光波段；是否
采取滤光措施；单色光还是多色光；能否有效避开杂散光的影响？
5.4.镜头工作距离与焦距
一般地：结合CCD像素尺寸、工作距离，视角大小可计算工业相
机镜头的焦距。
5.5.选择光圈
镜头的光圈大小决定图像的亮度，在拍摄高速运动物体、曝光时间很短的应用中，应该选用大光圈镜头，以提高图像亮度。
5.6.特殊要求优先考虑
结合实际的应用特点，可能会有特殊的要求。例如是否有测量功能，是否需要使用远心镜头，成像的景深是否很大等等。
5.7.成本和技术成熟度
如果以上因素考虑完之后有多项方案都能满足要求，则可以考虑成本和技术成熟度，进行权衡择优选取。
6.相机镜头选型示例
6.1.例一：同时选择相机和镜头
6.2.例二：已知相机选择镜头
要给硬币检测成像系统选配工业相机镜头，约束条件：相机CCD 2/3英寸，像素尺寸4.65μm，C口。工作距离大于200mm，系统分辨率
0.05mm。光源采用白色LED光源。
(1)、CCD尺寸2/3，所选镜头支持像面应该不小于2/3 CCD尺寸。
(2)、接口类型C口。
(3)、与白色LED光源配合使用，镜头应该是可见光波段。没有
变焦要求，选择定焦镜头。
(4)、成像的放大率M=4.65/（0.05*1000）=0.093
焦距f=L*M=200*0.093=18.6mm
(5)、用于工业检测，其中带有测量功能，所以所选镜头的畸变
要求小。
从以上几方面的分析计算可以初步得出这个镜头的“轮廓”：焦
距大于17mm，定焦，可见光波段，C口，至少能配合2/3英寸CCD使用，而且成像畸变要小。按照这些要求，可以进一步的挑选，如果多款镜
头都能符合这些要求，可以择优选用。
6.3.例三:已知镜头选择相机
(1)、确定像素大小，进而确定感光芯片尺寸。
(2)、确定接口。
(3)、确定相机类型：线阵还是面阵。
7.其他重要概念
7.1.远心镜头
(1)、概念
通过在光学系统的中间位置放置孔径光阑以及设计平行光路,使得在一定的物距范围内，图像放大倍率不会随物距的变化而变化。
(2)、应用
远心镜头主要解决的问题是：物体位置变化引起比例尺改变；畸变；投影误差；物体边缘测量误差大。在工业图像处理中，一般只使用物
方远心镜头。偶尔也有使用两侧远心镜头的，（当然价格更高），像方远心镜头一般来说不会用。
主要实际应用：机械零件量测；塑料零件量测；玻璃及药用容器
量测；电子组件量测；粒子量测；量测高精度彩色打印；半导；过滤
器控制；血液分析及细胞数量计算等。
(3)、原理及分类
物方远心光路设计原理及作用：平行于光轴的物方光线的会聚中
心位于像方无限远，称之为：物方远心光路。将孔径光阑放置在光学系统的像方焦平面上，当孔径光阑放在像方焦平面上时，即使物距发生改变，像距也发生改变，但测得的物体尺寸不会变化。其作用为：
可以消除物方由于调焦不准确带来的，读数误差。
像方远心光路设计原理及作用：平行于光轴的像方光线的会聚中心位于物方无限远，称之为：像方远心光路。在物方焦平面上放置孔径光阑，使像方主光线平行于光轴，从而虽然 CCD芯片的安装位置有改变，在 CCD 芯片上投影成像大小不变。其作用为：可以消除像方
调焦不准引入的测量误差。
两侧远心光路设计原理及作用：综合了物方/像方远心的双重作用。主要用于视觉测量检测领域。
(4)、选型说明
当检查物体遇到以下 6 中情况时，最好选用远心镜头：
1）当需要检测有厚度的物体时（厚度>1/10 FOV 直径）；
2）需要检测不在同一平面的物体时；
3）当不清楚物体到镜头的距离究竟是多少时；
4）当需要检测带孔径、三维的物体时；
5）当需要低畸变、图像效果亮度几乎完全一致时；
6）当缺陷只在同一方向平行照明下才能检测到时。
根据使用情况（物体尺寸和需要的分辨率）选择物方尺寸合适的物方镜头和 CCD 或 CMOS 相机，同时得到像方尺寸，即可计算出放大倍率，然后根据产品列表选择合适的像方镜头。选择过程中还应注意景深指标的影响，因为像/物倍率越大景深越小，为了得到合适的景深，可能还需要重新选择镜头。
7.2.面阵相机、线阵相机
(1)、面阵相机
相机感光元件以矩阵排列，可直接获取二维图像信息，测量图像直观。主要用于面积、形状、尺寸、位置，甚至温度等的测量。
优点：可获取二维图像信息，测量图像直观。
缺点：像元总数多；每行的像元数一般较线阵少，帧幅率受到限制。
(2)、线阵相机
相机感光元件以线的方式排列，应用领域是检测连续运动的材料，例如金属、塑料、纸和纤维等。
优点：一维像元数可以做得很多，而总像元数较面阵CCD相机少；像元尺寸比较灵活，帧幅数高，特别适用于一维动态目标的测量；线
阵CCD 分辨力高，价格低廉，可满足大多数测量视场的要求。
不足：图像获取时间长，测量效率低；由于扫描运动及相应的位
置反馈环节的存在，增加了系统复杂性和成本；图像精度可能受扫描运动精度的影响而降低，最终影响测量精度。
(3)、线阵相机选用说明
计算像素：幅宽除以最小检测精度得出每行需要的像素
实际检测精度：幅宽除以像素数得出实际检测精度
行频：长度除以精度得出每秒扫描行数
如幅宽为1600毫米、精度1毫米、运动速度22000mm/s
相机像素：1600/1＝1600像素最少2000像素，选定为2k相机
实际精度：1600/2048＝0.8
行频：22000mm/0.8mm＝27.5KHz
应选定相机为2048像素28kHz相机
我们以6N137为例：来说明怎样选择器件 6N137高速光电耦合器 6N137光耦合器是一款用于单通道的高速光耦合器，其内部有一个850 nm波长AlGaAs LED和一个集成检测器组成，其检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成。具有温度、电流和电压补偿功能，高的输入输出隔离，LSTTL/TTL兼容，高速(典型为10MBd)，5mA的极小输入电流。 特性： ①转换速率高达10MBit/s; ②摆率高达10kV/us; ③扇出系数为8; ④逻辑电平输出; ⑤集电极开路输出; 工作参数： 最大输入电流，低电平：250uA 最大输入电流，高电平：15mA 最大允许低电平电压(输出高)：0.8v 最大允许高电平电压：Vcc 最大电源电压、输出：5.5V 扇出(TTL负载)：8个(最多) 工作温度范围：-40°C to +85°C 典型应用：高速数字开关，马达控制系统和A/D转换等 6N137光耦合器的内部结构、管脚如图1所示。 6N137光耦合器的真值如表1所示： 6N137光耦合器的真值表 输入使能输出 H H L L H H H L H L L H H NC L L NC H 需要注意的是，在6N137光耦合器的电源管脚旁应有—个0.1uF的去耦电容。在选择电容类型时，应尽量选择高频特性好的电容器，如陶瓷电容或钽电容，并且尽量靠近6N137光耦合器的电源管脚；另外，输入使能管脚在芯片内部已有上拉电阻，无需再外接上拉电阻。 6N137光耦合器的使用需要注意两点：第一是6N137光耦合器的第6脚Vo输出电路属于集电极开路电路，必须上拉一个电阻；第二是6N137光耦合器的第2脚和第3脚之间是一个LED，必须串接一个限流电阻。 ------------------------------------------------------------ 一、6N137原理及典型用法 6N137的结构原理如图1所示，信号从脚2和脚3输入，发光二极管发光，经片内光通道传到光敏二极管，反向偏置的光敏
二、光电转换原理及电光转换原理 1．光电转换原理 光电转换是靠摄像管来完成的，其结构如图1-4所示： 图1-4 光电导摄像管 ⑴组成 ①电子枪灯丝用来加热阴极 阴极发射电子 栅极控制电子流的大小 （第一阳极）加速极（A1），加有300V电压 （第二阳极）聚焦极（A2）加有0-300V 的电压 网电极与A2 连在一起，在靶前形成均匀减速电场， 从而使电子束在靶面能均匀垂直上靶。 ②光敏靶 光敏靶是由几层不同的半导体材料构成的，其厚度只有10-20μm。 朝向景物的一侧是信号板也叫信号电极，它是喷涂在玻璃上的一层透明 金属导电层，在信号板的另一侧，则蒸镀了一层具有内光电效应的光敏半 导体材料。该材料在光的照射下电导率增加（即电阻减少），被摄景物各部 分亮度不同，靶面上各部分的电导率相应变化，与较亮像素对应的靶单元 电阻较小，而且各靶单元相互绝缘。于是图像上的不同亮度就变成了靶面 上各单元的不同电导率（即电阻）。 ⑵工作过程 当摄像管加上正常的工作电压时，阴极便向外发射电子，并在加速极和 聚焦电场的作用下，形成很细的一束电子流射向靶面，如图1-5 所示。 当电子束射向靶面某点时，便把该点对应的等效电阻R接入信号检，并 与负载电阻RL、电源 E 构成一个回路。如下图，于是回路便有电流产生，即I=E/（RL +R1）） 当对应的像素发生变化时，R 便发生变化，于是I 也发生变化。I 流过 负载RL 时，在RL 两端形成变化的电压VRL，由于这个电压反应了对应像素亮度随时间的变化，因而便为图像信号。 当在偏转磁场的作用下，电子束按照从左到右，从上到下的规律扫描靶 面上各像素点时，便把按平面分布的各个像素的亮度依次转换成按时间顺 序传送的电信号，实现了图像的分解与光电转换。 图1-5 光电转换原理示意图 ⑶图像信号的极性 ①正极性。被摄景物上的像素越亮，对应的信号电平越高，称正极性。 ②负极性。被摄景物上的像素越亮，对应的信号电平越低，称负极性。2．电光转换原理 电光转换是靠显像管来完成的。其结构如下图1-6所示。 图1-6显像管结构示意图 ⑴结构 ①电子枪 灯丝阴极栅极加速极（第一阳极）二、四阳极（高 压阳极）聚焦极（第三阳极） ②玻璃外壳
题目：光电探测器的原理及国内外研究现状 学生姓名：学号： 院（系）：专业：
光电探测器的原理及国内外研究现状 摘要 概述了光电探测器的分类和基本原理，并从材料体系的选择和器件的主要应用等方面阐述了光电探测器国内外研究现状，预测了硅基雪崩光电探测器在军事和激光雷达等方向的应用前景。 关键词：光电探测器；硅基雪崩光电探测器；激光雷达 Principle and Research Statue at Home and Abroad of photoelectric detector Abstract Described the basic principle and assortment of the photoelectric detector. The domestic and abroad research statue from the aspects of material selection and device main applications is summarized. At last the application prospects of silicon-based avalanche photodetector are predicted, such as research on military and laser radar. Keywords: phoroelectric detector；silicon-based avalanche photodetector；laser radar
1 引言 光电探测器的发展历史比较悠久，已有上百年的研究历史。由于这种器件在军事和民用中的重要性，发展非常迅速。随着激光与红外技术的发展，材料性能的改进和制造工艺的不断完善，光电探测器朝这集成化的方向发展。这大大缩小体积、改善性能、降低成本。此外将光辐射探测器阵列与CCD 器件结合起来，可以实现信息的传输也可用于热成像领域。 因此，进一步研究光电探测器是一项重要课题，本文章就从原理及国内外最新的研究状况探索光电探测器领先应用。 2 光电探测器入门 2.1 光电探测器的发展历史 最早用来探测可见光辐射和红外辐射的光辐射探测器是热探测器。其中，热电偶早在1826年就已发明出来【1】。1880年又发明了金属薄膜测辐射计。1947年制成了金属氧化物热敏电阻测辐射热计。1947年又发明了气动探测器。经过多年的改进和发展，这些光辐射探测器日趋完善，性能也有了较大的改进和提高。但是，与光子探测器相比，这些光辐射探测器的探测率仍较低，时间常数也较大。从五十年代开始人们对热释电探测器进行了一系列研究工作，发现它具有许多独特的优点，因此近年来有关热释电探测器的研究工作特别活跃，发展异常迅速。热释电探测器的发展以使得热探测器这个领域大为改观，以致有人估计热释电技术将成为发展电子——光学工业的先导。 应用广泛的光子探测器，除了发展最早、技术上也最成熟、响应波长从紫光到近红外的光电倍增管以外，硅和锗材料制作的光电二极管、铅锡、Ⅲ～Ⅴ族化合物、锗掺杂等光辐射探测器，目前均已达到相当成熟的阶段，器主要性能已接近理论极限。 1970年以后又出现了一种利用光子牵引效应制成的光子牵引探测器。其主要用于CO 2 激光的探测。八十年代中期，出现了利用掺杂的GaAs/AlGaAs材料、基于导带跃迁的新型光探测器——量子阱探测器。这种器件工作于8～12μm波段，工作温度为77K。 2.2 光电探测的分类及原理 光电探测器能把光信号转换为电信号。根据器件对辐射响应的方式不同或者说器件工作的机理不同，光电探测器可分为两大类：一类是光子探测器；另一类是热探测器。 光电探测器的工作原理是基于光电效应【2】。热探测器是用探测元件吸收入射辐射而产生热、造成温升,并借助各种物理效应把温升转换成电量的原理而制成的器件。最常用的有温差电偶、测辐射热计、高莱管、热电探测器。一般来说，热探测器的接收元由于表面涂黑它的光谱响应是无选择性的，它只受透光窗口光谱透射特性的限制，因此主要应用于红外区和紫外区，但它的响应率较低、响应速度慢、机械强度低，近来由于热电探测器和薄膜器件的发展，上述缺点已有所改进。 光子型探测器，利用外光电效应制成的光子型探测器是真空电子器件，如光电管、光电倍增管和红外变像管等。这些器件都包含一个对光子敏感的光电阴极，当光子投射到光电阴极上时，光子可能被光电阴极中的电子吸收，获得足够大能量的电子能逸出光电阴极而成为自由的光电子。在光电管中，光电子在带正电的阳极的作用下运动，构成
在购买监控摄像头时应该注意哪些参数 监控摄像机的作用是对监视区域进行摄像并将其转换成电信号，按规格可分为1/3″、1/2″和2/3″等种类，安装方式有固定和带云台二种。而在购买此类安防产品时要注意其参数，以下是针对购买摄像头的 参数应注意的一些问题： 一、感光元件的参数 目前，主流监控摄像机的感光元件采用CCD元件，实际上就是光电转换元件。和以前的CMOS感光元件相比，CCD的感光度是CMOS的3到10倍，因此CCD芯片可以接受到更多的光信号，转换为电信号后，经视频处理电路滤波、放大形成视频信号输出。接受到的光信号越强，视频信号的幅值就越大。视频信号连接到监视器或电视机的视频输入端便可以看到视频图像。提高图像清晰的根本就在于提 高摄像机的感光能力。 二、镜头的参数 光圈：光圈安装在镜头的后部，光圈开得越大，通过镜头的光量就越大，图像的清晰度越高；光圈开得越小，通过镜头的光量就越小，图像的清晰度越低。通常用F（光通量）来表示。F=焦距（f）/通光孔径。在摄像机的技术指标中，我们可以常常看到6mm/F1.4这样的参数，它表示镜头的焦距为6mm，光通量为1.4，这时我们可以很容易地计算出通光孔径为4.29mm。在焦距f相同的情况下，F值越小，光圈越大，到达CCD芯片的光通量就越大，镜头越好。 视场角参数：在工程实际中，我们常用水平视场角来反映画面的拍摄范围。焦距f越大，视场角越小，在感光元件上形成的画面范围越小；反之，焦距f越小，视场角越大，在感光元件上形成的画面范围越
大。 焦距（f）参数：焦距是镜头和感光元件之间的距离，通过改变镜头的焦距，可以改变镜头的放大倍数，改变拍摄图像的大小。当物体与镜头的距离很远的时候，我们可用下面公式表达：镜头的放大倍数≈焦距/物距。增加镜头的焦距，放大倍数增大了，可以将远景拉近，画面的范围小了，远景的细节看得更清楚了；如果减少镜头的焦距，放大倍数减少了，画面的范围扩大了，能看到更大的场景。 监控摄像机的像素和分辨率比电脑的视频头要高但是赶不上专业的数码相机或dv。监控摄像机只是一个单一的视频扑捉设备，它不具备数据保存功能。 主导视界致力高品质安防监控产品研发、生产和销售。公司潜心研发不断推出了符合市场需求的CCD 摄像机、红外智能高速球、红外半球摄像机、红外变焦一体摄像机、红外防水摄像机等有着前沿核心技术的新产品，公司产品已被广泛应用于各行各业，并荣获2010年度安防行业百强优质供应商荣誉称号
光电开关 光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。 简介 光电开关（光电传感器:photoelectric switch）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。安防系统中常见的光电开关烟雾报警器，工业中经常用它来记数机械臂的运动次数。 接触式行程开关存在响应速度低、精度差、接触检测容易损坏被检测物及寿命短等缺点，而晶体管接近开关的作用距离短，不能直接检测非金属材料。但是，新型光电开关则克服了它们的上述缺点，而且体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及抗光、电、磁干扰能力强。 这种新型的光电开关已被用作物位检测、液位控制、产品计数、宽度判别、速度检测、定长剪切、孔洞识别、信号延时、自动门传感、色标检出、冲床和剪切机以及安全防护等诸多领域。此外，利用红外线的隐蔽性，还可在银行、仓库、商店、办公室以及其它需要的场合作为防盗警戒之用。 工作原理 图1 所示是反射式光电开关的工作原理框图。图中，由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后，由发光管GL辐射出光脉冲。当被测物体进入受光器作用范围时，被反射回来的光脉冲进入光敏三极管DU。并在接收电路中将光脉冲解调为电脉冲信号，再经放大器放大和同步选通整形，然后用数字积分 或RC积分方式排除干扰，最后经延时（或不延时）触发驱动器输出光电开关控制信号。 光电开关一般都具有良好的回差特性，因而即使被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态，从而可使其保持在稳定工作区。同时，自诊断系统还可以显示受光状态和稳定工作区，以随时监视光电开关的工作。
实验七光电倍增管的特性与特性参数测试 1. 实验目的： 光电倍增管是最灵敏的光电器件。它的暗电流、噪声、灵敏度大范围可调和时间响应等特性都具有独特的特点，因此，光电倍增管是非常优秀的光电器件。掌握光电倍增管的主要特性参数，及其它的供电电路对于正确应用光电倍增管解决微弱辐射的测量技术是非常重要的。 2. 实验仪器： 1）GDS-Ⅱ型光电综合实验平台主机； 1)GDBS-Ⅰ型光电倍增管实验装置； 3. 实验内容： 1、光电倍增管阳极暗电流I D的测量； 2、光电倍增管阳极光照灵敏度S a的测量；光电倍增管的灵敏度S a与电源电压U bb 的关系； 3、测量光电倍增管的增益G； 4. 实验原理 1）光电倍增管工作原理 光电倍增管是真空光电器件，它主要由光入射窗、光电阴极面、电子聚焦系统、倍增电极和阳极等5部分构成。其工作原理如“光电技术”教材第4章所讲述，分下面5部分： (1)光子透过入射窗口玻璃入射到玻璃内层光电阴极上，窗口玻璃的透过 率满足光电倍增管的光谱响应特性； (2)进入到光电阴极上的光子使光电阴极材料产生外光电效应，激发出电 子，并飞离表面到真空中，称其为光电子； (3)光电子通过电场加速，并在电子聚焦系统的作用下射入到第一倍增极 D1上，倍增极D1将发射出比入射光电子数目增多δ倍，这些二次电子又在电场 作用下射入到下一增极； (4)入射电子经N级倍增后，电子数就被放大δN倍； (5)经过电子倍增后的二次电子由阳极收集起来，形成阳极电流，在负载上产生压降，输出电压信号U o。 2）光电倍增管的基本特性参数 光电倍增管的特性参数包括光电灵敏度、电流增益、光电特性、阳极特性、暗电流特性与时间响应等特性。 ①光电灵敏度 光电灵敏度是光电倍增管探测光信号能力的一个重要标致，光电灵敏度通常分为阴极灵
工业相机的原理及选择 随着工业4.0的到来，机器视觉系统在智能制造领域的应用越来越广泛，相机、镜头是机器视觉的重要组成部分，合适的相机和镜头决定了系统应用的好坏。因此，选择合适的工业相机与镜头非常重要，本文主要介绍如何选择合适的工业相机和对应的镜头。 小孔成像原理 由光源A发出的一束光线通过一个小孔后，在孔后面的屏幕上就会留下一个光斑。同理光源B也会在屏幕上形成一个光斑，如果A和B离得足够远，它们在屏幕上的光斑也分开比较远，这就得到了物体AB的一个比较清晰的像。 凸透镜成像原理
由光源发出的一束光线，经过透镜的折射作用后方向和发散度都出现变化，在像平面上形成一个新的交点，即像点。 工业相机结构和成像过程 被摄物通过镜头汇聚光线，使机身内部的感光材料（就是传统的胶片，或者说现在数码时代说的ccd、cmos）感知光线，然后通过相应的光电或者化学反应，让影像清晰的留在感光材料上，并通过光电技术存储在存储卡上。光线通过镜头后，在机身内有一个五棱镜，光线通过反复折射后，将影像还原成了正的。如下图所示。 工业相机的选择步骤： 步骤一，需要先知道系统精度要求和工业相机分辨率； 步骤二，需要知道系统速度要求与工业相机成像速度； 步骤三，需要将工业相机与图像采集卡一并考虑，因为这涉及到两者的匹配； 步骤四，价格的比较。 选择工业相机应注意什么？
1、根据应用的不同来决定是需要选用CCD还是CMOS相机。CCD工业相机主要应用在运动物体的图像提取，如贴片机，当然随着CMOS技术的发展，许多贴片机也在选用CMOS工业相机。用在视觉自动检查的方案或行业中一般用CCD工业相机比较多。CMOS工业相机由成本低，功耗低也应用越来越广泛。 2、分辨率的选择，首先考虑待观察或待测量物体的精度，根据精度选择分辨率。其次看工业相机的输出，若是体式观察或机器软件分析识别，分辨率高是有帮助的；若是VGA输出或USB输出，在显示器上观察，则还依赖于显示器的分辨率，工业相机的分辨率再高，显示器分辨率不够，也是没有意义的；利用存储卡或拍照功能，工业相机的分辨率高也是有帮助的。 3、与镜头的匹配，传感器芯片尺寸需要小于或等于镜头尺寸，C或CS安装座也要匹配（或者增加转接口）； 4、相机帧数选择，当被测物体有运动要求时，要选择帧数高的工业相机。但一般来说分辨率越高，帧数越低。
光电传感器选型和使用注意事项 光电传感器的工作原理是通过对红外发射光的阻断和导通，在红外接收管感应出的电流变化来实现开和关的判断。槽型光耦通常也称作槽式光电开关通常是U型结构，其发射器和接收器分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过U型槽且阻断光轴时，光电开关就产生了检测到的开关量信号。槽式光电开关比较安全可靠的适合检测高速变化，分辨透明与半透明物体。 一、选型 其选型主要考虑有三点：槽宽要多宽的;分辨率(光缝宽度);固定方式 1、槽宽，检测物体需通过槽型光耦的槽，才能对红外光实现阻断，所以光电传感器的槽宽要宽于检测物体，并要有一定的余量，便于安装。 2、槽型光耦的分辨率，如检测物是一个齿盘，其齿盘齿的宽度是d，齿盘齿槽的宽度是3，则槽型光耦的光缝宽度要求小于d，且小于f，这样才能保证能将红外光有效的阻断和导通，在满足上述条件下，选择光缝宽大的槽型光耦。 3、槽型光耦有带固定孔和不带固定空两种，根据实际情况选择。 4、安装位置。传感器安装时，应使检测齿盘的外径超过槽型光耦光轴1-2mm。这样才能有效阻断光线。 二、外围电路参数选择 1、在选择槽型光耦的外围电路时，先确定槽型光耦接收管的负
载电阻是多少，再根据槽型光耦的转换效率选择红外发射管的电流。 2、被测物体的运动速度越快(如1-2kHz),原则上红外接收管的负载电阻取值应小些。 三、使用注意事项 光电传感器在使用中出现问题了怎么办?要怎样才能减少光电传感器故障呢?这是很多用户在使用光电传感器的时候都会遇到的问题，那么要怎样解决这些问题呢，其实在日常生活中多注意光电传感器的的使用就可以减轻故障的发生，下面小编来介绍一下光电传感器使用注意事项吧。 1、使用中光电传感器的前端面与被检测的工件或物体表面必须保持平行，这样光电传感器的转换效率最高。 2、安装焊接时，光电传感器的引脚根部与焊盘的最小距离不得小于5mm，否则焊接时易损坏管芯。或引起管芯性能的变化。焊接时间应小于4秒。 3、对射式光电传感器最小可检测宽度为该种光电开关透镜宽度的80%。 4、当使用感性负载(如灯、电动机等)时，其瞬态冲击电流较大，可能劣化或损坏交流二线的光电传感器，在这种情况下，请将负载经过交流继电器来转换使用。 5、红外线光电传感器的透镜可用擦镜纸擦拭，禁用稀释溶剂等化学品，以免永久损坏塑料镜。 6、针对用户的现场实际要求，在一些较为恶劣的条件下，如灰
物理—实验报告 别都抄一样的，让我怎么给分？ 实验数据另外写张纸上，否则扣分。 物理实验教学中心制
实验报告的写法与要求 实验报告是学生完成某一实验题目的实验总结，是学生展示自己的科学素养和实验技能、发表实验见解的学习性报告，实验报告是论文的前奏，有的实验报告本身就是一篇小论文，因此撰写实验报告是培养学生进行科学写作的有效形式之一。根据物理实验教学的特点，并参照国家关于科技论文的有关标准和规范，建议在撰写物理实验报告时，应包括如下内容： 1、实验题目：一般就是项目名称。 2、实验的说明：是实验目的和要求 3、实验内容和原理：简要论述测量的科学依据，给出或者推导出测量的公式以及测量的原理图。 4、主要仪器设备：简要介绍测量对象和所使用的仪器设备，对于一些教学重点是实验仪器调整和使用的实验，要说明仪器的结构和工作原理。 5、实验步骤、操作方法与过程：这一部分要体现实验者通过科学测量获取实验数据的过程。对于操作过程中遇到的问题和故障，以及为解决这些问题而采取的措施要做适当的阐述。 6、实验数据记录和处理：这一部分展现的是实验报告的基础性材料和实验追求的最终结果。按实验报告的要求，数据一定要记录在根据需要设计的表格内，注意原始数据的记录一定用钢笔或者碳素笔。列出直接测量量的两类不确定度并按照规范化的要求报道实验的最终结果。不确定度计算、作图、有效数字运用要符合要求。 7、实验结果分析与讨论：实验报告上要有实验的分析讨论，这是培养分析能力的重要方面。例如： （1）实验的原理、方法、仪器你感到掌握了没有？实验目的达到否？ （2）实验误差的分析讨论，有哪些误差来源？哪些是主要的？哪些是次要的？系统误差表现在哪里？如何减少或消除？ （3）改进实验的设想。怎样改进测量方法或装置？实验步骤怎样安排更好？ （4）观察到什么异常现象，如何解释。遇到什么困难，如何克服。 （5）测量结果是否满意。误差是否在允许范围内，如实验结果不好，是何原因。 （6）该实验对进一步加深和巩固理论知识有何帮助。实验涉及的原理、方法有何实用价值。 （7）对实验的教学内容和方法提出建议或者对于一些问题的质疑等。 实验前一定要有预习。实验预习报告的内容由学生自己来决定，原则上是能帮助自己顺利的完成操作。一般情况下预习报告应包括上文中以上1、2、3、4、5项，设计好原始记录的数据表格，并作好回答课堂讨论思考题的准备。
1.1.1 镜头焦距选择依据 1.1.1.1 令狐采学1.1.1.2原理图
镜头焦距测算原理图 1.1.1.3 焦距测算公式 同样的CCD 宽度、同样的物距下，焦距越小，物宽越大。电警抓拍图片范围要求为3个车道，所以这里的物宽即为施工现场车道宽度的3倍。如车道一般为3.75米标准宽度，则物宽为11.25米。 其中600W电警CCD宽度为12.8mm。 以600W电警安装高度6米、停车线到立杆的距离20米（停止线后面要求有7米的路面视场）、物宽11.25米（3个车道宽度，车道宽度为3.75米标准车道）为例子。 物距计算三角形 所以w=12.8mm，L=（6*6+20*20）?=20.88米，W=11.25米 按照等比三角形原理，f=wL/W，所以f=23.70mm 因此在18米远安装方式下我们推荐使用20mm的定焦镜头，如果车道宽度不是3.75米，则可以按照此公式推算出大致
焦距范围，然后选择镜头。 1.1.2 立杆安装位置与停止线距离计算依据 立杆安装位置与停止线距离需要考虑的因素： 1）主视场覆盖范围要求：停止线前的视频检测区域长度不低于7米，能够覆盖车道宽度并且看到信号灯； 2）车牌识别要求：在触发线1位置抓拍的车辆，其车牌像素点建议不低于90； 3）补光要求：补光灯的光斑能够覆盖整个视场； 4）车辆遮挡行为：由于视频电警抓拍车辆尾部，这就可能存在后一辆车的车头遮挡前一辆车尾车牌的现象。见下图：A为车辆尾牌的下边界（一般车辆距离地面为70CM，部分小型车50CM，大型车辆80CM），B是车辆前部的高度，一般为80CM，C为车辆最高点一般为140CM，D为摄像机安装处，一般高度为630CM，BC距离一般车辆为2米，摄像机到A点的水平距离为安装距离减去4.5米（遮挡一般发生在红灯
《光电仪器原理与设计》 MEA04007 本课程是一门专业技术课，适合于近测控技术与仪器，光学工程类各专业。本课程的目的是通过光电仪器原理与设计课程的学习，培养学生光电仪器原理分析、仪器使用和仪器系统设计能力。 本课程的任务是使学生以现有光、机、电、算基础知识为起点，通过常用光电仪器工作原理及设计原则的理论和方法的学习，从普遍规律和具体经验两方面提高对于光电仪器原理和设计的认知和掌握；熟知常用光电仪器的工作原理；掌握光电仪器重要组成部件的结构、功能及参数设计方法；培养学生进行总体设计的能力；为后续课程的学习和工程设计奠定理论基础和工程实践基础。 《Optoelectronic Instrument Principle and Design》 MEA04007 The objective of this course is to familiarize students with principles and basic design methods of commonly used optoelectronic instruments. Students will be trained to master the operating procedure of the instruments, distinguish the structure and function of each component, and present preliminary results of both overall design and parameter design. This course starts from basic physical principles adopted in optoelectronic instruments, and covers accuracy analysis of measuring instrument and modern instrument design methods such as ergonomics or optimum design. The focused functional contents include light sources, optical elements, detectors and metrical standards. Micro displacement technology for precision instruments and common alignment schemes are also introduced. Examples of conventional instruments like interferometers or microscopes are proposed to train the students to solve specific practical problems.
发光材料荧光性能测试 实验目的 1、掌握光致发光的基本过程，掌握激发光谱和发射光谱的基本含义 2、掌握发光材料发射光谱和激发光谱的测试方法。 实验原理 发光材料主要是指材料吸收外来能量后所发出的总辐射中超过热辐射的部分。发光材料的发光需要外界能量的激发，根据击发方式不同发光方式可以分为光致发光、阴极射线发光、电致发光、X射线及高能粒子发光等。以光致发光为例，当用激发光照射某些物质时，处于基态的分子吸收激发光发生跃迁，达到激发态，这些激发态经过弛豫过程损失一部分能量后，以无辐射跃迁回到激发态的低振动能级，再从此能级返回基态，此过程中多余的能量以光子的形式释放。激发光谱和发射光谱是表征发光材料两个重要的性能指标。激发光谱是指发光材料在不同波长激发下，该材料的某一波长的发光谱线的强度与激发波长的关系。激发光谱反映了不同波长的光激发材料的效果。根据激发光谱可以确定使该材料发光所需的激发光的波长范围，并可以确定某发射谱线强度最大时的最佳激发波长。激发光谱对分析材料的发光过程也具有重要意义。发射光谱是指在某一特定波长激发下，所发射的不同波长的光的强度或能量分布。激发光谱和发射光谱通常采用荧光分光光度计进行测量。其基本结构包括光源，单色器，试样室，单色器和探测器。常用光源为氙灯，单色器多为光栅，探测器多用光电倍增管。荧光分光光度计工作原理：由光源氙弧灯发出的光通过切光器使其变为断续之光以及激发光单色器变成单色光，此光即为荧光物质的激发光，被测的荧光物质在激发光照射下所发出的荧光，经过单色器变成单色荧光后照射于测试样品用的光电倍增管上，由其所发生的光电流经过放大器放大输出至记录仪，激发光单色器和荧光单色器的光栅均有电动机带动的凸轮所控制，当测绘荧光发射光谱时，将激发光单色器的光栅固定在最适当的激发光波长处，而让荧光单色器凸轮转动，将各波长的荧光强度讯号输出至记录仪上，所记录的光谱即为发射光谱，简称荧光光谱。当测绘荧光激发光谱时，将荧光单色器的光栅固定在最适当的荧光波长处，只让激发单色口的凸轮转动，将各波长的激发光的强度输出至记录仪，所记录的光谱即激光光谱。 实验步骤 1、打开电脑，打开光度计电源，间隔1-2分钟后方能打开仪器控制软件。 2、仪器预热30分钟，待灯源稳定。 3、在所提供的样品中随机选一样，小心装入样品盘，稍旋紧样品盖之后，置于样品室内。 4、设置软件参数 5、点击扫描，不断调整参数，找到使样品发出最大强度光的波长范围及样品发光波长范围。
镜头的种类及选择 1．镜头的种类（根据应用场合分类） 广角镜头：视角90 度以上，观察范围较大近处图像有变形。松下公司有WV-LA2R8C3、WV-LA210。 标准镜头：视角30 度左右，使用范围较广。松下公司有WV-LA9C3B。 长焦镜头：视角20 度以内，焦距可达几十毫米或上百毫米。松下公司有WV-LA18A、WV-LZ62/8 等。 变焦镜头：镜头焦距连续可变，焦距可以从广角变到长焦，焦距越长则成像越大。松下公司型号有WV-LZ61/10、WV-LZ61/15 等。 针孔镜头：用于隐蔽观察，经常被安装在如天花板或墙壁等地方。 2．被摄物体的大小、距离与焦距的关系 假设被摄物体的宽度和高度分别为W.H,被摄物体与镜头间的距离为L，镜头的焦距为F。 3．相对孔径 为了控制通过镜头的光通量的大小，在镜头的后部均设臵了光圈。假定光圈的有效孔径为d，由于光线折射的关系，镜光实际有效的有效孔径为D，比 d 大，D 与焦距 f 之比定义为相对孔径A，即
A=D/f，镜头的相对孔径决定被摄像的照度，像的照度与镜头的相对孔径的倒数来表示镜头光圈的大小。F 值越小，光圈越大，到达CCD 芯片的光通量就越大。所以在焦距f 相同的情况下，F 值越小，表示镜头越好。 4．镜头的焦距 1）定焦距：焦距固定不变，可分为有光圈和无光圈两种。 有光圈：镜头光圈的大小可以调节。根据环境江照的变化，应相应调节光圈的大小。光圈的大小可以通过手动或自动调节，人为手工调节光圈的，称为手动光圈。镜头自带微型电机自动调整光圈的，称为自动光圈。 无光圈：即定光圈，其通光量是固定不变的。主要用于光源恒定或摄像机自带电子快门的情况。 2）变焦距：焦距可以根据需要进行调整，使被摄物体的图像放大或缩小。 常用的变焦镜头为六倍、十售变焦。 三可变和二可变镜头 三可变镜头：可调焦距、调聚焦、调光圈。 二可变镜头：可调焦调、调聚焦、自动光圈。
光电成像原理及技术--部分答案(北理工)
第一章 5.光学成像系统与光电成像系统的成像过程各有什么特点？在光电成像系统性能评价方面通常从哪几方面考虑？ 答：a、两者都有光学元件并且其目的都是成像。而区别是光电成像系统中多了光电装换器。b、灵敏度的限制，夜间无照明时人的视觉能力很差； 分辨力的限制，没有足够的视角和对比度就难以辨认； 时间上的限制，变化过去的影像无法存留在视觉上； 空间上的限制，隔开的空间人眼将无法观察； 光谱上的限制，人眼只对电磁波谱中很窄
的可见光区感兴趣。 6．反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些？表达形式有哪些？ 答：转换系数：输入物理量与输出物理量之间的依从关系。 在直视型光电成像器件用于增强可见 光图像时，被定义为电镀增益G1， 光电灵敏度： 或者： 8.怎样评价光电成像系统的光学性能？有哪些 方法和描述方式？ 答，利用分辨力和光学传递函数来描述。 分辨力是以人眼作为接收器所判定的极限分
辨力。通常用光电成像系统在一定距离内 能够分辨的等宽黑白条纹来表示。 光学传递函数：输出图像频谱与输入图像频谱之比的函数。对于具有线性及时间、空间 不变性成像条件的光电成像过程，完全可 以用光学传递函数来定量描述其成像特 性。 第二章 6.影响光电成像系统分辨景物细节的主要因素 有哪些？ 答：景物细节的辐射亮度（或单位面积的辐射强度）； 景物细节对光电成像系统接受孔径的张角； 景物细节与背景之间的辐射对比度。
第三章 13.根据物体的辐射发射率可见物体分为哪几种 类型？ 答：根据辐射发射率的不同一般将辐射体分为三类： 黑体，=1； 灰体，<1,与波长无关； 选择体，<1且随波长和温度而变化。 14.试简述黑体辐射的几个定律，并讨论其物理 意义。 答：普朗克公式： 普朗克公式描述了黑体辐射的光谱分布规律，是黑体理论的基础。
监控摄像机镜头选择 摄像机镜头选择是视频监视系统项目中最关键的要素之一，它的质量(指标)优劣直接影响摄像机的整机指标以及整个工程项目的系统质量，同时也关系到工程造价。由此可见，摄像机镜头在闭路监控系统中的作用是非常重要的。工程设计人员和施工人员都要经常与镜头打交道。设计人员要根据物距、成像大小计算镜头焦距，施工人员经常进行现场调试，其中一部分就是把镜头调整到最佳状态。 CCTV摄像机镜头主要生产地 全球范围：日本、韩国、德国、中国、中国台湾 中国境内：福建、广东、河南、甘肃、吉林 主要城市：福州、深圳、厦门、长春、南阳、兰州、信阳 目前，CCTV镜头世界一流品牌基本都集中在日本，如精工、Tamron、computar、FUJINON、Tokina、Canon、Avenir台湾亚洲光学等 国内部份镜头厂商主要有：长春东亚光学、南阳卧龙光学、南阳禾立光学、福州鸿发光、福州市正盛光电仪器、厦门力鼎光电、福州飞华光电、世泰鑫锐光电等目前，国内镜头需求大镜头(C/CS接口)与小镜头(M12接口)所占的比例分别为25%和75%。 镜头在摄像机成本构成中的比例为20%左右，是摄像机的重要组成部分。与摄像机从高端到低端完整的产品链相对应，CCTV镜头也形成了从高档到中档到低档的完整的产品链，价格从几十元到几百元，几百元到几千元，一应俱全。利润水平也相差很大，常用的单板机镜头，利润已很低；技术含量越高，功能越先进的镜头，利润也就越大。 镜头相当于人眼的晶状体，如果没有晶状体，人眼看不到任何物体；如果没有镜头，那么摄像头所输出的图像就是白茫茫的一片，没有清晰的图像输出，这与我们家用摄像机和照相机的原理是一致的。当人眼的肌肉无法将晶状体拉伸至正常位臵时，也就是人们常说的近视眼，眼前的景物就变得模糊不清；摄像头与镜头的配合也有类似现象，当图像变得不清楚时，可以调整摄像头的后焦点，改变CCD芯片与镜头基准面的距离(相当于调整人眼晶状体的位臵)，可以将模糊的图像变得清晰。 镜头是摄像机的眼睛，为了适应不同的监控环境和要求，需要配臵不同规格的镜头。比如在室内的重点监视，要进行清晰且大视场角度的图像捕捉，得配臵广角镜头；在室外的停车场，既要看到停车场全貌，又要能看到汽车的细部，这时候需要变焦镜头。 摄像机镜头的分类 视频监控系统摄像机镜头品种繁多，从焦距上可分为短焦镜头、中焦镜头、长焦镜头、变焦镜头；从视场大小分有广角、标准、远景镜头；结构上分有固定光圈定焦镜头、手动光圈定焦镜头、自动光圈定焦镜头、手动变焦镜头、自动变焦镜头、自动光圈电动变焦镜头、电动三可变镜头等。 按外形功能分按尺寸大小分按光圈分按变焦类型分按焦距长矩分 球面镜头1" 25mm 自动光圈电动变焦长焦距镜头 非球面镜头1/2" 3mm 手动光圈手动变焦标准镜头 针孔镜头1/3" 8.5mm 固定光圈固定焦距广角镜头
光电技术自动成卷系统 单选题（10题，20分）；简答题（5题，40分）；综合题（1题，15分）；计算题（1题，10分）；设计题（1题，15分） 选择题（共 10 道，每题 2 分） 1、锁定放大器是基于 A.自相关检测理论 B.互相关检测理论 C.直接探测量子限理论 D.相干探测原理 2、下列哪一种应用系统为典型的相干探测应用实例 A.照相机自动曝光 B.飞行目标红外辐射探测 C.激光陀螺测量转动角速度 D.子弹射击钢板闪光测量 3、依据光电器件伏安特性, 下列哪些器件不能视为恒流源: A.光电二极管 B.光电三极管 C.光电倍增管 D.光电池 4、对于P型半导体来说，以下说法不正确的是 A.空穴为多子，电子为少子 B.能带图中费米能级靠近价带顶
C.光照时内部不可能产生本征吸收 D.弱光照时载流子寿命与热平衡时空穴浓度成反比 5、在飞轮转速和方向的光电测量系统中，若光源采用激光二极管，激光波长632nm，输出光调制频率为1kHz，探测器为CdSe光敏电阻，后接的检测电路为带通滤波放大器，其中心频率为1kHz，带宽为100Hz。这样，检测系统可以消除光敏电阻哪些噪声的影响？ f 噪声，热噪声 B.产生-复合噪声，热噪声 C.产生-复合噪声，热噪声 f 噪声，产生-复合噪声 6、在非相干探测系统中 A.检测器能响应光波的波动性质, 输出的电信号间接表征光波的振幅、频率和相 位 B.检测器只响应入射其上的平均光功率 C.具有空间滤波能力 D.具有光谱滤波能力 7、关于半导体对光的吸收，下列说法正确的是 A.半导体非本征吸收时，产生电子－空穴对 B.杂质半导体本材料不会发生本征吸收 C.半导体对光的吸收与入射光波长有关 D.非本征吸收时，吸收的能量全部转换为材料的热能 8、下列关于热电偶和热电堆的说法不正确的是 A.热电堆的测量误差比热电偶小 B.热电堆的测量分辨率比热电偶高
实验5：NaI(Tl)闪烁谱仪 实验目的 1． 了解谱仪的工作原理及其使用。 2． 学习分析实验测得的137 Cs γ谱之谱形。 3． 测定谱仪的能量分辨率及线性。 内容 1． 调整谱仪参量，选择并固定最佳工作条件。 2． 测量137Cs 、65Zn 、60 Co 等标准源之γ能谱，确定谱仪的能量分辨率、刻度能量 线性并对137 Cs γ谱进行谱形分析。 3． 测量未知γ源的能谱，并确定各条γ射线的能量。 原理 )1(T NaI 闪烁谱仪由)1(T NaI 闪烁体、 光电倍增管、射极输出器和高压电源以及线性脉冲放大器、单道脉冲幅度分析器（或多道分析器）、定标器等电子学设备组成。图1为)1(T NaI 闪烁谱仪装置的示意图。此种谱仪既能对辐射强度进行测量又可作辐射能量的分析，同时具有对 γ射线探测效率高（比G-M 计数器高几十倍）和分辨时间 短的优点，是目前广泛使用的一种辐射探测装置。 当γ射线入射至闪烁体时，发生三种基本相互作用过程，见表1第一行所示：（1）光电效应；（2）康普顿散射；（3）电子对效应。前两种过程中产生电子，后一过程出现正、负电子对。这些次级电子获得动能见表1第二行所示，次级电子将能量消耗在闪烁体中，使闪烁体中原子电离、激发而后产生荧光。光电倍增管的光阴极将收集到的这些光子转换成光电子，光电子再在光电倍增管中倍增，最后经过倍增的电子在管子阳极上收集起来，并通过阳极负载电阻形成电压脉冲信号。γ射线与物质的三种作用所产生的次级电子能量各不相同，因此对于一条单能量的γ射线，闪烁探测器输出的次级电子脉冲幅度仍有一个很宽的分布。分布形状决定于三种相互作用的贡献。
工业相机镜头的参数与选型 一、镜头主要参数 1.焦距（Focal Length） 焦距是从镜头的中心点到胶平面上所形成的清晰影像之间的距 离。焦距的大小决定着视角的大小，焦距数值小，视角大，所观察的范围也大；焦距数值大，视角小，观察范围小。根据焦距能否调节，可分为定焦镜头和变焦镜头两大类。 2.光圈(Iris) 用F表示，以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。每个镜头上都标有最大F值，例如8mm /F1.4代表最大孔径为 5.7毫米。F值越小，光圈越大，F值越大，光圈越小。 3.对应最大CCD尺寸(Sensor Size) 镜头成像直径可覆盖的最大CCD芯片尺寸。主要有：1/2″、 2/3″、1″和1″以上。 4.接口(Mount) 镜头与相机的连接方式。常用的包括C、CS、F、V、T2、Leica、M42x1、M75x0.75等。 5.景深(Depth of Field,DOF) 景深是指在被摄物体聚焦清楚后，在物体前后一定距离内，其影像仍然清晰的范围。景深随镜头的光圈值、焦距、拍摄距离而变化。 光圈越大，景深越小；光圈越小、景深越大。焦距越长，景深越小；
焦距越短，景深越大。距离拍摄体越近时，景深越小；距离拍摄体越远时，景深越大。 6.分辨率(Resolution) 分辨率代表镜头记录物体细节的能力，以每毫米里面能够分辨黑白对线的数量为计量单位：“线对/毫米”（lp/mm）。分辨率越高的镜头成像越清晰。 7、工作距离(Working distance,WD) 镜头第一个工作面到被测物体的距离。 8、视野范围(Field of View,FOV) 相机实际拍到区域的尺寸。 9、光学放大倍数(Magnification,?) CCD/FOV，即芯片尺寸除以视野范围。 10、数值孔径(Numerical Aperture,NA) 数值孔径等于由物体与物镜间媒质的折射率n与物镜孔径角的一半（a\2）的正弦值的乘积，计算公式为N.A=n*sin a/2。数值孔径与其它光学参数有着密切的关系，它与分辨率成正比，与放大率成正比。也就是说数值孔径，直接决定了镜头分辨率，数值孔径越大，分辨率越高，否则反之。 11、后背焦(Flange distance) 准确来说，后倍焦是相机的一个参数，指相机接口平面到芯片的距离。但在线扫描镜头或者大面阵相机的镜头选型时，后倍焦是一个
热点论坛 Column 专栏 29 2006年2月刊 自动化博览 Selection Technique of Lens in Machine Vision System 1 概述 光学镜头一般称为摄像镜头或摄影镜头，简称镜头，其功能就是光学成像。镜头是机器视觉系统中的重要组件，对成像质量有着关键性的作用，它对成像质量的几个最主要指标都有影响，包括：分辨率、对比度、景深及各种像差。镜头不仅种类繁多，而且质量差异也非常大，但一般用户在进行系统设计时往往对镜头的选择重视不够，导致不能得到理想的图像，甚至导致系统开发失败。本文的目的是通过对各种常见镜头的分类及主要参数介绍，总结各种因素之间的相互关系，使读者掌握机器视觉系统中镜头的选用技巧。 2 机器视觉系统中常用镜头的分类 (1) 根据有效像场的大小划分 把摄影镜头安装在一很大的伸缩暗箱前端，并在该暗箱后端安装一块很大的磨砂玻璃，当将镜头光圈开至最大，并对准无限远景物调焦时，在磨砂玻璃上呈现出的影像均位于一圆形面积内，而圆形外则漆黑、无影像。此有影像的圆形面积称为该镜头的最大像场。在这个最大像场范围的中心部位，有一能使无限远处的景物结成清晰影像的区域，这个区域称为清晰像场。照相机或摄影机的靶面一般都位于清晰像场之内，这一限定范围称为有效像场。由于视觉系统中所用的摄像机的靶面尺寸有各种型号，所以在选择镜头时一定要注意镜头的有效像场应该大于或等于摄像机的靶面尺寸，否则成像的边角部分会模糊甚至没有影像。 根据有效像场的大小分类见表1。 表1 分类 (2) 根据焦距分类 根据焦距能否调节，可分为定焦距镜头和变焦距镜头两大类。依据焦距的长短，定焦距镜头又可分为鱼眼镜头、短焦镜头、标准镜头、长焦镜头、超长焦五大类。需要注意的是焦距的长短划分并不是以焦距的绝对值为首要标准，而是以像角的大小为主要区分依据，所以当靶面的大小不等时，其标准镜头的焦距大小也不同。变焦镜头上都有变焦环，调节该环可以使镜头的焦距值在预定范围内灵活改变。变焦距镜头最长焦距值和最短焦距值的比值称为该镜头的变焦倍率。变焦镜头有可分为手动变焦和电动变焦两大类。 变焦镜头由于具有可连续改变焦距值的特点，在需要经常改变摄影视场的情况下非常方便使用，所以在摄影领域应用非常广泛。但由于变焦距镜头的透镜片数多、结构复杂，所以最大相对孔径不能做得太大，致使图像亮度较低、图像质量变差，同时在设计中也很难针对各种焦距、各种调焦距离做像差校正，所以其成像质量无法和同档次的定焦距镜头相比。 实际中常用的镜头的焦距是从4毫米到1000毫米的范围内有很多的等级，如何选择合适焦距的镜头是在机器视觉系统设计时要考虑的一个主要问题。光学镜头的成像规律可以根据两个基本成像公式即牛顿公式和高斯公式来推导，对于机器视觉系统的常见设计模型，一般是根据成像的放大率和物距这两个条件来选择合适焦距的镜头的，在此给出一组实用的计算公式： ? 放大率：m=h’/h=L’/L ；? 物距：L = f(1+1/m)； 有效像场尺寸 3.2mm ×2.4mm （对角线4mm ） 4.8mm ×3.6mm （对角线6mm ）6.4mm ×4.8mm （对角线8mm ）8.8mm ×6.6mm （对角线11mm ）12.8mm ×9.6mm （对角线16mm ）21.95mm ×16mm （对角线27.16mm ）10.05mm ×7.42mm （对角线12.49mm ）36mm ×24mm 40mm ×40mm 80mm ×60mm 82mm ×56mm 240mm ×180mm 电视摄像镜头电影摄影镜头照相镜头 镜头类型 1/4英寸摄像镜头 1/3英寸摄像镜头1/2英寸摄像镜头2/3英寸摄像镜头1英寸摄像镜头 35mm 电影摄影镜头 16mm 电影摄影镜头135型摄影镜头127型摄影镜头120型摄影镜头中型摄影镜头大型摄影镜头 机器视觉系统 中镜头的选用技巧 王亚鹏（1972－） 男，河北安平人，现就职于中国大恒（集团）有限公司北京图像视觉技术分公司任副总工程师、开发部经理，研究方向为机器视觉、模式识别。 （中国大恒（集团）有限公司北京图像视觉技术分公司，北京 100080） 王亚鹏 机器视觉