物体轴向移动对成像的影响的简易判别法

　　1　引言

　　CCD(Charge Compled Device)是一种新型的固体成像器件,具有较高成像质量和分辨率,是近代光电成像领域里非常重要的一种高新技术产品,对于静态图像其成像质量是很好 的。但是物体在线检测时,机械的振动往往会影响成像系统的清晰度,本文将通过简单的判别方法,提出对检测系统振动幅度的要求。

　　2　物体振幅与成像系统的几何关系

　　2·1　物体振幅与成像系统的几何关系

　　物体沿光轴运动在多大的范围内依然成清晰图像?

　　这个方面涉及到摄像机景深问题。一般光学系统都对一定深度的空间成像景深定义为能在基准像面上获得清晰图像的物空间深度。

　　景深:被摄物体能形成清晰影像的纵长,如图1。

　　A为基准物平面

　　当物体由A→A′或由A→A″移动时,拍摄到的图像依然清晰。当物体移远超过A′移近超过A″时,图像将模糊,那么A′A″就为景深。

　　该如何推导景深和图像的关系呢?请见图2。

　　当物体AB跳动到A1B1位置时,B1点将在基准像平面上出现光斑△Z,如果光斑直径很小,那么A1B1物平面上的物点在像平面上成的像仍可认 为是清晰的。景深范围就是在一定的光斑直径下求得。从几何上可知物体允许向后移动的距离大于允许向前移动的距离,所以以下均按向前移动推导。

　　选定摄像机光心为原点,物体在AB位置时的物距、像距为u、V,在A1B1位置时的物距、像距为u1、V1,D为摄像机光圈大小,△u=u-u1为轴向跳动的大小,f为焦距。

　　在此,我们可以作出△u与u,f的关系曲线。如图3、图4。

　　从图3可看出,当f增加时,物体的轴向跳动距离反而下降,即在一定物距情况下当摄像机焦距增加时,反而会对图像景深的要求降低。从图4可看出: 当物距增加后,△u即物体轴向跳动的距离增加。这样对于同一个物体而言为了防止图像模糊,在一定光圈和焦距情况下,可以增加物距。

　　3　图像剪影和物体轴向跳动的关系

　　当检测系统采用数字减影时,为了保证减影精度,我们要求基准图像和移动后的图像差别不应大于一个像素即一个光敏元大小。物体移动时,对图像影响最大的是物体的边缘点。由于物体在放置时,中心不一定对准光心(坐标原点),所以我们考虑物体最远点处的成像位置。如图5。

　　这样,我们可以认为应该考虑物体从A移到A′为多大时,像由a移到a′时跳动了一个光敏元。

　　具体推导如下。