上篇把衍射账结了:同一工位 48×40 mm 视野、2448×2048 / 3.45 µm、35 mm 镜头、工作距离大约 234 mm,β≈0.176。F4 艾里斑大约 6.3 µm,还卡在 2 像元线里边;拧到 F5.6 就超了。景深想再要一点,衍射那边先把细节磨掉------那条路堵死之后,装机前还差一刀:整站匹配。相机和镜头是不是真的对得上,像圈、接口、解析力、物距、畸变、可用光圈窗,哪一项悄悄对不上,后面调参都白费。
现场挺常见的一种情况:参数表看着都"够",图出来四角发暗,或者对焦拧到头都虚。拆开一看,多半不是算法的事,是镜头像圈盖不住靶面,或者 C 口 CS 口接错了半截。今天就把这六项摊开,拿本工位当例题填一遍,文末留一张一页纸核对表,评审时直接勾。
像圈得先盖住四个角
靶面是矩形,镜头有效成像区是圆。圆盖不住矩形的四个角,角落就掉进暗角,严重时直接裁掉。本工位像元 3.45 µm,像素 2448×2048,靶面宽高:
8.4456×7.0656 mm 8.4456\times7.0656\,\mathrm{mm} 8.4456×7.0656mm
对角线:
d=8.44562+7.06562≈11.01 mm d=\sqrt{8.4456^{2}+7.0656^{2}}\approx11.01\,\mathrm{mm} d=8.44562+7.06562 ≈11.01mm
大约就是常说的 2/3" 那一档。选型时镜头手册要写明像圈(image circle)不小于这个对角;我习惯再留半毫米左右余量,机械公差、装偏、滤光片座挤一点,不至于立刻蹭边。
拿三种常见规格比一下:1/2" 像圈大约 8 mm,比 11.01 mm 少了整整 3 mm------四个角必黑。2/3" 像圈大约 11 mm,跟本工位对角几乎贴边,余量基本为零,镜头得确认手册真写了 ≥11 mm,装的时候别歪。1" 像圈大约 16 mm,余量近 5 mm,偏一点也还撑得住,代价是镜头更大更贵。

有一回产线换相机,同事把原来 1/2" 靶面的工位直接升到 2/3" 五百万,镜头没换。中心字符还行,四角打光怎么加都灰------拆下来量,旧镜头像圈就八毫米出头。这种坑不看对角、只看"多少万像素",很容易踩。
接口和法兰距,拧错比算错更冤
C 口法兰距 17.526 mm ,CS 口 12.5 mm,差大约 5.03 mm。CS 镜头加一片 5 mm 接圈,大致能当 C 口用;反过来,C 口镜头硬拧上 CS 相机,要么无限远对不上,要么后组顶到保护玻璃------后者修起来比重算焦距麻烦多了。
装机单上我现在要求写清两行:相机接口、镜头接口,以及中间有没有接圈、接圈多厚。现场有人图省事,袋子里摸出一个看着像的口就拧,拧到头发现对不上焦,才想起来量法兰距。接口这一项不算光学,可翻车成本最高,所以我把它单独拎出来,不跟"像素够不够"混在一页糊弄过去。
还有个相关细节:接圈会改变像距,放大倍率跟着漂。本工位已经按 f=35、WD≈234 定好了,中途加接圈等于偷偷改 β,视野和工作距离都会偏。要加,就重新算一遍,别当"垫个圈方便对焦"。
解析力别只看中心亮
相机像元定了,奈奎斯特频率也就定了:
fNyq=12p f_{\mathrm{Nyq}}=\frac{1}{2p} fNyq=2p1
本工位 p=3.45 μm=0.00345 mmp=3.45\,\mu\mathrm{m}=0.00345\,\mathrm{mm}p=3.45μm=0.00345mm,算下来:
fNyq≈144.93 lp/mm≈145 lp/mm f_{\mathrm{Nyq}}\approx144.93\,\mathrm{lp/mm}\approx145\,\mathrm{lp/mm} fNyq≈144.93lp/mm≈145lp/mm
镜头中心 MTF 至少得能顶到这附近;边缘掉到六七成很常见,别拿中心曲线当全幅保证。2.4 µm 像元奈奎斯特大约 208 lp/mm,一般 2/3" 工业镜头中心就吃力;5.0 µm 大约 100 lp/mm,宽松不少。像素越密,镜头越难"跟上"------跟衍射那篇"小像元 Fw 天花板更窄"是同一类账,只是一个在频域、一个在光圈。
现场还有一种"看起来够":中心字符锐,四角软。人眼先看画面中间,容易误判整幅都清晰;算法一跑 ROI 靠边缘的缺陷,漏检就上来了。我习惯在四个角各采一小块同款特征,跟中心比边缘过渡宽度,比口头"够锐"靠谱。
畸变要跟任务绑。字符识别、读码,1%~2% 常常还能扛,软件校正也能补一截;尺寸测量、定位,能选低畸变或远心就别省,0.5% 以下心里踏实些。本工位如果后面只做字符,畸变可以稍松;一旦客户加"顺便量个孔距",这一项立刻收紧。
物距、倍率和光圈窗一起过
焦距、工作距离、倍率要自洽。本工位已经定了 f=35 mm、WD≈234 mm、β≈0.176。薄透镜那边核对一下像距:
v=f uu−f≈41.2 mm,β=vu≈0.176 v=\frac{f\,u}{u-f}\approx41.2\,\mathrm{mm},\quad \beta=\frac{v}{u}\approx0.176 v=u−ffu≈41.2mm,β=uv≈0.176
跟靶面/视野推出来的 β 对得上。然后翻镜头手册:推荐物距范围得盖住大约 234 mm------写着"最佳 0.3~0.5 m"还好;要是微距头、最佳物距只有十几厘米,硬拉到 234 mm,对焦行程和对轴表现都会别扭。β≈0.176 还在常规定焦区,不是微距,别误拿高倍头来凑。
可用光圈窗承接上篇衍射校验:本工位大约 F4 贴边,F5.6 起艾里斑超过 2 像元。景深表和衍射表要放一起看,选型单上写清"常用 F2.8~F4,F5.6 以外先别指望靠关光圈救命"。灯和曝光预算也按这个窗排,避免装机后再死拧光圈。

常见不匹配,我现场就这么记:像圈不够 → 四角暗角、边缘糊;CS/C 接错 → 拧不上焦或顶坏;小像圈配大靶面 → 画面四周像蒙了灰;分辨率"手册写适配五百万"但边缘 MTF 塌 → 中心锐四角软;物距不在推荐范围 → 对焦拧到头仍虚、球差变大;光圈窗无视衍射 → 图发灰发软却怪算法。大部分不是玄学,是这六项里某一项没勾。
一页纸核对表(本工位已填)
| 核对项 | 本工位数字 / 判据 | 结果 |
|---|---|---|
| 像圈 ≥ 靶面对角 | 对角 11.01 mm;选 ≥2/3"(≈11 mm,贴边) | 贴边,确认手册 |
| 接口 / 法兰距 | C 17.526 mm / CS 12.5 mm,差≈5.03 mm | 口须一致 |
| 镜头解析 / 奈奎斯特 | ≈145 lp/mm;中心 MTF 顶到附近 | 按曲线勾 |
| WD / f / β | f=35,WD≈234,β≈0.176;物距覆盖 | 已自洽 |
| 畸变 | 字符可 1%~2%;测量宜 <0.5%~1% | 看任务 |
| 可用光圈窗 | F4 贴边;F5.6 起衍射超 2 像元 | 沿用 D17 |
表不大,评审时打印一张贴方案后面就够。数字换工位就重填;判据那一列尽量写死,少写"差不多""应该没问题"。
这类核对我平时用自己写的小工具过一遍,对角、奈奎斯特和法兰距差不容易手算串位。六项勾完,下一刀就把整套算式落到一道完整例题上------下篇聊选型计算例题一:PCB 字符识别的相机镜头选型。