Conception de caméras et d'optiques et calculatrice de caméra - Walkthrough
Ressources pour la conception de caméras
La conception d'une caméra est un effort pluridisciplinaire qui nécessite une ingénierie optique, mécanique, électrique, micrologicielle et logicielle. Les ingénieurs talentueux peuvent se heurter à des domaines qui leur sont moins familiers. Nous venons du monde de l'ingénierie optique, de l'assemblage de modules de caméra et des tests de qualité d'image. Nous avons élaboré une présentation préliminaire de la conception de la caméra de premier ordre ci-dessous.
- Calculez les exigences en matière d'angle de vision de votre système
- Sélectionnez votre capteur d'image et votre électronique
- Calculez la longueur focale de votre objectif cible
- Trouvez des objectifs qui sont dans la gamme de longueur focale
- Calculer le champ de vision exact
- Calculez la profondeur de champ de votre système
- Concevoir la mécanique de votre appareil photo
La sélection des composants de la caméra commence par un calculateur d'angle de vue
Commencez par déterminer l'angle de vue requis pour la caméra
La première étape d'un projet de caméra consiste à déterminer l'angle de vue (AoV) que vous souhaitez obtenir avec la caméra. L'AoV est le même que le champ de vision, mais nous utilisons l'AoV pour aider à clarifier la communication à un stade précoce. Cela vous permet de séparer vos exigences en matière de scène des performances fonctionnelles d'une combinaison d'objectif et de capteur.
Vous pouvez utiliser notre calculateur d'angle de vue de caméra pour effectuer ce calcul, sans la trigonométrie. Nous vous proposons un exemple de disposition de la scène d'un système de sécurité.
Les premières questions auxquelles il convient de répondre sont les suivantes :
- De combien de caméras ai-je besoin pour assurer une couverture complète de la scène, si plus d'une ?
- Quelle est la distance la plus proche de l'objet/de la scène à inspecter ? Quelle est la distance la plus éloignée de l'objet ?
- Quelle est la distance minimale dont la caméra a besoin pour voir de haut en bas ?
- Quelle est la distance minimale que la caméra doit voir de gauche à droite ?
Sélectionnez votre appareil photo électronique
Sélectionnez votre caméra Capteur d'image et objectif en parallèle
L'étape suivante consiste à sélectionner un capteur d'images et l'électronique de la caméra. De nombreuses personnes sautent cette étape avant de déterminer les exigences du champ de vision du système. Considérez les exigences de l'électronique du système et de l'objectif de la caméra en même temps, sinon vous risquez de vous heurter aux lois de la physique. Voici quelques questions à poser :
- Quelles sont les exigences en matière d'interface électronique (sortie) de mon système ?
- Quel est le nombre minimum de pixels sur un objet ?
- Quel est le nombre total de pixels de sortie dont votre appareil photo a besoin ?
Maintenant que vous avez identifié au moins un appareil photo qui pourrait fonctionner, vous devez trouver et noter le nombre de pixels actifs horizontaux et verticaux pour le mode que vous souhaitez. Trouvez également le pas des pixels sur les spécifications du capteur. Dans le cas où vous utilisez la caméra Raspberry Pi High-Quality, ces valeurs sont 4056*3040 et 1.55um si vous utilisez le mode "-md -3".
Définissez les contraintes de votre objectif en utilisant notre calculateur de longueur focale d'appareil photo.
Calculez une fourchette pour les exigences de longueur focale de votre objectif.
La troisième étape consiste à calculer une plage de valeurs acceptables pour la longueur focale effective. Ensuite, établissez les contraintes de montage mécanique de votre objectif. Vérifiez si votre champ de vision horizontal ou vertical cible dépasse 100 degrés. Si c'est le cas, l'objectif aura probablement de la distorsion.
Vous pouvez alors trouver des lentilles qui se situent dans la plage EFL cible.
Utilisez notre calculateur de champ de vision de l'objectif M12 pour déterminer le champ de vision de la caméra.
Calculer le FoV de la combinaison de l'objectif et du capteur d'image
La dernière étape du processus de sélection des composants consiste à calculer le champ de vision de la combinaison objectif/capteur que vous avez choisie. Ce résultat peut être comparé aux exigences en matière d'angle de vue de la caméra que vous avez calculées. Nous vous recommandons d'itérer chaque étape jusqu'à ce que vous trouviez la meilleure combinaison de caméra et d'objectif. Si vous ne trouvez pas la combinaison exacte avec nos objectifs, veuillez nous contacter.
Le champ de vision d'un objectif dépend de la taille du capteur, de la longueur focale effective optique (EFL) et de la distorsion de l'objectif. Dans notre calculateur, nous utilisons une équation simplifiée qui n'inclut pas la distorsion.
Utilisez notre calculateur de profondeur de champ pour déterminer la profondeur de champ de la caméra.
Calculer le DoF de la combinaison de l'objectif et du capteur d'image
Une fois que vous avez sélectionné une combinaison optimale d'objectif et de capteur d'image, vous pouvez calculer la profondeur de champ du système. Pour les objectifs à ouverture réglable (iris), ce calcul vous permet d'optimiser le F/# cible du système. Nous recommandons de calculer la profondeur de champ à un stade antérieur du processus de sélection des composants si votre objet est plus proche que 500 mm. Un flou de 2 pixels correspond à une mise au point nette et un flou de 4 pixels à une mise au point modérée.
De nombreuses personnes demandent ce qu'est la distance hyperfocale d'un appareil photo. La définition de la distance hyperfocale est la suivante : "lorsqu'un objectif est mis au point à sa distance hyperfocale, la profondeur de champ s'étend à l'infini". Un corollaire de la distance hyperfocale est la distance de mise au point rapprochée, qui est la distance la plus proche à laquelle la scène est mise au point. Lorsque l'objectif est mis au point à la distance hyperfocale, cette distance est exactement égale à la moitié de la distance hyperfocale.
Pour comprendre la relation entre la profondeur de champ, l'EFL et le F/#, nous avons créé un tableau de consultation de la profondeur de champ. Ce tableau utilise les entrées des capteurs d'image de la série Sony IMX477 et les distances focales courantes des objectifs M12. Dans la pratique, de nombreuses personnes effectuent la mise au point de l'objectif plus près de la distance hyperfocale, en particulier lorsqu'un objectif avec EFL supérieur à 4 mm est utilisé.
Lisez notre présentation des adaptateurs d'objectifs et de la compatibilité des montures d'appareils photo.
Sélectionnez votre monture d'objectif et concevez votre boîtier
Nous suggérons de commencer la conception d'une monture d'objectif et d'un boîtier après avoir sélectionné tous les composants optiques et électroniques. Nous vous proposons une page pour vous aider à déterminer la compatibilité de différents types d'objectifs et de montures de caméra.