高速摄像系统的镜头焦距的计算原理及实例

高速摄像系统的一般组成是：光源，镜头，高速相机，通讯单元，图像采集卡，高速存储系统，图像处理软件等。其中，图像传感器将被摄目标的光信号转换成电信号，再转换成数字化信号，图像系统对这些信号进行处理，获取目标特征，根据判别的结果来控制现场的设备动作。为了能清楚的成像，选择一个合适的镜头是必不可少的，其中镜头焦距的确定又是非常重要的一环。因此，本文简要介绍镜头焦距的计算过程，为大家正确选择合适的镜头提供理论依据。

图1：高速摄像系统

1、一般焦距的计算

在已知芯片的大小，视场大小和物距的情况，求焦距。

图2：焦距的计算

焦距：f = S×(Dmin/FOV)
如: 传感器芯片的宽度：S = 6.4mm,物距： Dmin = 20mm,焦距：FOV= 5mm
则: 焦距f = 6.4(20/5) = 25.6mm

2、德国Optronis高速相机焦距的计算：

镜头焦距在全分辨率（1280*1024）下，可以用下列公式计算：
焦距[mm] = A/(1+B/23)
A：镜头到被测物体的距离
B：被测物体的大小

例如：
A：镜头到北侧物体的距离 = 300 mm
B：被测物体大小 = 100 mm
则，焦距 = （300：（1+（100：23）））
因此选择焦距 = 50mm

3、Optronis高速相机开窗后的镜头焦距计算

在知道高速相机的靶面大小、被测物体的范围、以及被测距离的时候，就可以通过下列方法推算出大致的镜头焦距。

在开窗的情况下（比如：800*600）焦距的计算如下：

焦距[mm] = A/(1+B/传感器大小[mm])
A：镜头到被测物体的距离（mm）
B：被测物体的大小（mm）
C：水平方向像素数
D：垂直方向像素数

例如：
C：水平方向像素数 = 800
D：垂直方向像素数 = 600
A：镜头到物体的距离 = 300 mm
B：物体的大小 = 100 mm
计算出焦距 = （300：（1+（100:14）））= 36.8mm