Kameras & Optik Design und ein Kamera-Rechner Walkthrough
Ressourcen für Kameradesign
Kameradesign ist ein multidisziplinäres Unterfangen, das optische, mechanische, elektrische, Firmware- und Softwaretechnik erfordert. Talentierte Ingenieure können dabei auf Bereiche stoßen, mit denen sie nicht so vertraut sind. Wir kommen aus der Welt der Optik, der Montage von Kameramodulen und der Prüfung der Bildqualität. Im Folgenden haben wir einen vorläufigen Überblick über das Kameradesign erster Ordnung zusammengestellt.
- Berechnen Sie die Anforderungen an den Blickwinkel Ihres Systems
- Wählen Sie Ihren Bildsensor und Ihre Elektronik
- Berechnen Sie die Brennweite Ihres Zielobjektivs
- Objektive finden, die im Brennweitenbereich liegen
- Berechnen des genauen Sichtfelds
- Berechnen Sie die Schärfentiefe Ihres Systems
- Entwerfen Sie die Mechanik Ihrer Kamera
Die Auswahl von Kamerakomponenten beginnt mit einem Blickwinkel-Rechner
Bestimmen Sie zunächst den erforderlichen Kamerablickwinkel
Der erste Schritt eines Kameraprojekts besteht darin, den Blickwinkel (Angle of View, AoV) zu bestimmen, den die Kamera liefern soll. Der AoV ist dasselbe wie das Sichtfeld, wir verwenden den AoV jedoch, um die Kommunikation in einem frühen Stadium zu klären. So können Sie Ihre Anforderungen an die Szene von der funktionalen Leistung einer Objektiv-Sensor-Kombination trennen.
Sie können unseren Kamerablickwinkel-Rechner verwenden, um diese Berechnung ohne Trigonometrie durchzuführen. Wir stellen Ihnen ein Beispiel für ein Szenenlayout eines Sicherheitssystems zur Verfügung.
Einige erste Fragen, die beantwortet werden sollten, sind:
- Wie viele Kameras brauche ich, um die Szene vollständig zu erfassen, wenn es mehr als eine ist?
- Wie groß ist die geringste Entfernung des Objekts/der Szene, das/die untersucht werden soll? Was ist die weiteste Entfernung des Objekts?
- Was ist der Mindestabstand, den die Kamera von oben nach unten sehen muss?
- Wie groß ist der Mindestabstand, den die Kamera von links nach rechts sehen muss?
Wählen Sie Ihre Kameraelektronik
Wählen Sie den Bildsensor und das Objektiv Ihrer Kamera parallel aus
Der nächste Schritt ist die Auswahl eines Bildsensors und der Kameraelektronik. Viele Leute beginnen mit diesem Schritt, bevor sie die Anforderungen an das Sichtfeld des Systems festgelegt haben. Berücksichtigen Sie die Anforderungen an die Systemelektronik und das Kameraobjektiv gleichzeitig, da Sie sonst mit den Gesetzen der Physik in Konflikt geraten könnten. Ein paar Fragen, die man sich stellen sollte, sind:
- Welche Anforderungen muss mein System an die elektronische Schnittstelle (Output) erfüllen?
- Wie viele Pixel muss ein Objekt mindestens haben?
- Wie hoch ist die Gesamtzahl der Ausgangspixel, die Ihre Kamera benötigt?
Nachdem Sie nun mindestens eine Kamera gefunden haben, die in Frage kommt, sollten Sie die Anzahl der horizontalen aktiven Pixel und der vertikalen aktiven Pixel für den gewünschten Modus ermitteln und aufschreiben. Suchen Sie auch den Pixelabstand auf der Sensorspezifikation. Wenn Sie die Raspberry Pi High-Quality-Kamera verwenden, sind diese Werte 4056*3040 und 1,55 um, wenn Sie den Modus "-md -3" verwenden.
Definieren Sie Ihre Objektiveinschränkungen mit unserem Brennweitenrechner
Berechnen Sie einen Bereich für Ihre Anforderungen an die Brennweite des Objektivs
Der dritte Schritt besteht darin, einen Bereich akzeptabler Werte für die effektive Brennweite zu berechnen. Ermitteln Sie dann die mechanischen Montagebedingungen für Ihr Objektiv. Prüfen Sie, ob Ihr angestrebtes horizontales oder vertikales Sichtfeld mehr als 100 Grad beträgt. Wenn dies der Fall ist, wird das Objektiv wahrscheinlich eine Verzeichnung aufweisen.
Sie können dann nach Objektiven suchen, die im angestrebten EFL-Bereich liegen.
Benutzen Sie unseren M12-Objektiv-Sichtfeld-Rechner, um das Sichtfeld der Kamera zu bestimmen
Berechnen Sie das Sichtfeld der Kombination aus Objektiv und Bildsensor
Der letzte Schritt bei der Auswahl der Komponenten ist die Berechnung des Sichtfelds der von Ihnen gewählten Objektiv- und Sensorkombination. Dies kann mit den berechneten Anforderungen an den Kamerablickwinkel abgeglichen werden. Wir empfehlen Ihnen, jeden Schritt zu wiederholen, bis Sie die beste Kombination aus Kamera und Objektiv gefunden haben. Wenn Sie die exakte Kombination mit unseren Objektiven nicht finden können, wenden Sie sich bitte an uns.
Das Sichtfeld eines Objektivs hängt von der Sensorgröße, der effektiven optischen Brennweite (EFL) und der Objektivverzeichnung ab. In unserem Rechner verwenden wir eine vereinfachte Gleichung, die die Verzeichnung nicht berücksichtigt.
Verwenden Sie unseren Schärfentiefe-Rechner, um die Schärfentiefe der Kamera zu bestimmen.
Berechnen Sie die DoF der Kombination aus Objektiv und Bildsensor
Sobald Sie eine optimale Kombination aus Objektiv und Bildsensor ausgewählt haben, können Sie die Schärfentiefe des Systems berechnen. Bei Objektiven mit einstellbarer Blende ermöglicht Ihnen diese Berechnung die Optimierung des Ziel-F/# des Systems. Wir empfehlen, die Schärfentiefe in einer früheren Phase des Komponentenauswahlprozesses zu berechnen, wenn Ihr Objekt näher als 500 mm ist. Eine Unschärfe von 2 Pixeln gilt als "scharf" und eine Unschärfe von 4 Pixeln als "mäßig scharf".
Viele Menschen fragen, was die hyperfokale Entfernung einer Kamera ist. Die Definition der hyperfokalen Entfernung lautet: "Wenn ein Objektiv auf seine hyperfokale Entfernung fokussiert ist, reicht die Schärfentiefe bis ins Unendliche". Eine logische Folge der hyperfokalen Entfernung ist die Nahfokusentfernung, d. h. die kürzeste Entfernung, in der das Motiv scharf abgebildet wird. Wenn das Objektiv auf die hyperfokale Entfernung fokussiert ist, beträgt diese Entfernung genau 1/2 der hyperfokalen Entfernung.
Um die Beziehung zwischen Schärfentiefe, EFL und F/# zu verstehen, haben wir eine Tabelle zur Schärfentiefe erstellt. Diese Tabelle basiert auf den Bildsensoren der Sony IMX477-Serie und den üblichen Brennweiten der M12-Objektiv. In der Praxis fokussieren viele Menschen das Objektiv näher als die hyperfokale Entfernung, insbesondere wenn ein Objektiv mit einer EFL von mehr als 4 mm verwendet wird.
Lesen Sie unsere Übersicht über Objektivadapter und Kompatibilität mit Kameramounts.
Wählen Sie Ihren Objektivanschluss und gestalten Sie Ihr Gehäuse
Wir empfehlen, mit der Konstruktion von Objektivfassung und Gehäuse zu beginnen, nachdem alle optischen und elektronischen Komponenten ausgewählt wurden. Wir haben eine Seite erstellt, die Ihnen hilft, die Kompatibilität verschiedener Objektivtypen und Kamerahalterungen zu bestimmen