Filters & Optics Design and a Camera Calculator Walkthrough 부근의 호텔
카메라 디자인 리소스
카메라 설계는 광학, 기계, 전기, 펌웨어 및 소프트웨어 엔지니어링이 필요한 다분야 작업입니다. 재능 있는 엔지니어는 익숙하지 않은 영역에 부딪힐 수 있습니다. 우리는 광학 공학, 카메라 모듈 조립 및 이미지 품질 테스트의 세계에서 왔습니다. 아래에서 1차 카메라 디자인에 대한 예비 연습을 정리했습니다.
- 시스템 시야각 요구 사항 계산
- 이미지 센서 및 전자 장치 선택
- 목표 렌즈 초점 거리 계산
- 초점 거리 범위에 있는 렌즈 찾기
- 정확한 시야 계산
- 시스템의 피사계 심도 계산
- 카메라의 메커니즘 설계
카메라 구성 요소 선택은 화각 계산기로 시작됩니다.
필요한 카메라 화각을 결정하는 것부터 시작하십시오.
카메라 프로젝트의 첫 번째 단계는 카메라가 제공할 화각(AoV)을 결정하는 것입니다. AoV는 시야와 동일하지만 초기 단계 통신을 명확히 하기 위해 AoV를 사용합니다. 이를 통해 장면 요구 사항을 렌즈 및 센서 조합의 기능적 성능과 분리할 수 있습니다.
카메라 화각 계산기를 사용하여 삼각법 없이 이 계산을 완료할 수 있습니다. 보안 시스템 장면 레이아웃의 예를 제공합니다.
대답해야 할 몇 가지 초기 질문은 다음과 같습니다.
- 장면을 완전히 감시하려면 몇 대의 카메라가 필요합니까(둘 이상인 경우).
- 검사 중인 물체/장면의 가장 가까운 거리는 얼마입니까? 물체의 가장 먼 거리는 얼마입니까?
- 카메라가 위에서 아래로보아야하는 최소 거리는 얼마입니까?
- 카메라가 왼쪽에서 오른쪽으로 볼 필요가있는 최소 거리는 얼마입니까?
카메라 전자 장치 선택
카메라 이미지 센서와 렌즈를 병렬로 선택
다음 단계는 이미지 센서와 카메라 전자 장치를 선택하는 것입니다. 많은 사람들이 필요한 시스템 보기 필드 요구 사항을 결정하기 전에 이 단계로 이동합니다. 시스템 전자 장치와 카메라 렌즈의 요구 사항을 동시에 고려하지 않으면 물리 법칙에 부딪힐 수 있습니다. 몇 가지 질문은 다음과 같습니다.
- 내 시스템에 어떤 전자 인터페이스(출력) 요구 사항이 있습니까?
- 물체의 최소 픽셀 수는 얼마입니까?
- 카메라에 필요한 총 출력 픽셀 수는 얼마입니까?
이제 작동할 수 있는 카메라를 하나 이상 식별했으므로 원하는 모드에 대한 수평 활성 픽셀 및 수직 활성 픽셀의 수를 찾아 기록해야 합니다. 또한 센서 사양에서 픽셀 피치를 찾으십시오. Raspberry Pi 고품질 카메라를 사용하는 경우 이 값은 4056*3040이고 "-md -3" 모드를 사용하는 경우 1.55um입니다.
카메라 초점 거리 계산기를 사용하여 렌즈 제약 조건을 정의하십시오.
렌즈 초점 거리 요구 사항에 대한 범위 계산
세 번째 단계는 허용 가능한 유효 초점 거리 값의 범위를 계산하는 것입니다. 그런 다음 렌즈에 대한 기계적 장착 제약 조건을 설정합니다. 대상 수평 시야각 또는 수직 시야가 100도를 초과하는지 확인합니다. 그렇다면 렌즈에 왜곡이 있을 수 있습니다.
그런 다음 대상 EFL 범위에 있는 렌즈를 찾을 수 있습니다.
M12 렌즈 시야각 계산기를 사용하여 카메라 FoV 결정
렌즈와 이미지 센서 조합의 FoV 계산
구성 요소 선택 프로세스의 마지막 단계는 선택한 렌즈와 센서 조합의 시야를 계산하는 것입니다. 이는 계산된 카메라 화각 요구 사항에 대해 상호 참조할 수 있습니다. 최상의 카메라와 렌즈 조합을 찾을 때까지 각 단계를 반복하는 것이 좋습니다. 렌즈와의 정확한 조합을 찾을 수 없으면 당사에 문의하십시오.
렌즈의 시야는 센서 크기, 광학 유효 초점 거리(EFL) 및 렌즈 왜곡에 따라 달라집니다. 계산기에서는 왜곡을 포함하지 않는 단순화 된 방정식을 사용합니다.
피사계 심도 계산기를 사용하여 카메라의 DoF 확인
렌즈와 이미지 센서 조합의 DoF 계산
최적의 렌즈와 이미지 센서 조합을 선택하면 시스템의 피사계 심도를 계산할 수 있습니다. 조정 가능한 조리개(조리개) 렌즈의 경우 이 계산을 통해 시스템의 목표 F/#을 최적화할 수 있습니다. 물체가 500mm보다 가까운 경우 구성 요소 선택 프로세스의 초기 단계에서 피사계 심도를 계산하는 것이 좋습니다. 2픽셀 블러는 '선명하게 초점이 맞춰짐'이고 4픽셀 블러는 '중간 초점'입니다.
많은 사람들이 카메라의 과초점 거리가 얼마인지 묻습니다. 과초점 거리의 정의는 "렌즈가 과초점 거리에서 초점을 맞출 때 피사계 심도가 무한대로 확장됩니다"입니다. 과초점 거리에 대한 결과는 장면에 초점이 맞춰진 가장 가까운 거리인 근거리 초점 거리입니다. 렌즈가 과초점 거리에서 초점을 맞출 때 이 거리는 과초점 거리의 정확히 1/2입니다.
피사계 심도와 EFL 및 F/# 간의 관계를 이해하기 위해 피사계 심도 조회 차트를 만들었습니다. 이 차트는 Sony IMX477 시리즈 이미지 센서의 입력과 일반적인 M12 렌즈 초점 거리를 사용합니다. 실제로 많은 사람들이 특히 EFL이 4mm보다 큰 렌즈를 사용하는 경우 과초점 거리보다 렌즈에 더 가깝게 초점을 맞춥니다.
렌즈 어댑터와 카메라 마운트 호환성에 대한 안내를 읽어보십시오.
렌즈 마운트를 선택하고 하우징을 디자인하십시오.
렌즈 마운트와 하우징의 설계는 모든 광학 및 전자 부품을 선택한 후에 시작하는 것이 좋습니다. 다양한 렌즈 유형과 카메라 마운트의 호환성을 확인하는 데 도움이 되는 페이지를 제공했습니다.