глубина резкости и диафрагмы

Question

У меня есть камера torlabs DCC1545M. https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=4024&pn=DCC1545M

например. он имеет формат 1/2 дюйма, размер сенсора 6,66 мм * 5,32 мм, разрешение 1280 * 1024.

Я хочу, чтобы человеческий глаз был крупным планом, когда глаз находится на расстоянии от 80 до 120 см от камеры. Я хочу, чтобы зрачок на глазном изображении имел минимальный диаметр 25 пикселей, когда реальный диаметр зрачка составляет 3 мм. Я использовал модель камеры с точечным отверстием, чтобы оценить, что на расстоянии 120 см мне понадобится объектив с фокусным расстоянием 52 мм.

Однако я использую следующий калькулятор глубины резкости: http://www.dofmaster.com/dofjs.html

Когда я устанавливаю фокусное расстояние 52 и расстояние до объекта 100 см, мне нужно выбрать диафрагму 32, чтобы получить приблизительную глубину резкости, которую я хотел: она дает глубину резкости 37,1 см.

Когда я ищу объективы с фокусным расстоянием около 50 мм, они обычно имеют гораздо меньшие числа диафрагм, которые дают очень малую глубину резкости ...

Я на правильном пути, поэтому должен искать 52-мм объектив с f32 или мне не хватает чего-то важного.

Я программист и имею небольшой опыт работы с линзами. Любые указатели приветствуются ....

У меня есть камера torlabs DCC1545M. https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=4024&pn=DCC1545M

например. он имеет формат 1/2 дюйма, размер сенсора 6,66 мм * 5,32 мм, разрешение 1280 * 1024.

Я хочу, чтобы человеческий глаз был крупным планом, когда глаз находится на расстоянии от 80 до 120 см от камеры. Я хочу, чтобы зрачок на глазном изображении имел минимальный диаметр 25 пикселей, когда реальный диаметр зрачка составляет 3 мм. Я использовал модель камеры с точечным отверстием, чтобы оценить, что на расстоянии 120 см мне понадобится объектив с фокусным расстоянием 52 мм.

Однако я использую следующий калькулятор глубины резкости: http://www.dofmaster.com/dofjs.html

Когда я устанавливаю фокусное расстояние 52 и расстояние до объекта 100 см, мне нужно выбрать диафрагму 32, чтобы получить приблизительную глубину резкости, которую я хотел: она дает глубину резкости 37,1 см.

Когда я ищу объективы с фокусным расстоянием около 50 мм, они обычно имеют гораздо меньшие числа диафрагм, которые дают очень малую глубину резкости ...

Я на правильном пути, поэтому должен искать 52-мм объектив с f32 или мне не хватает чего-то важного.

Я программист и имею небольшой опыт работы с линзами. Любые указатели приветствуются ....

---

EDIT

---

Спасибо за ваши ответы. Я работаю над содержанием.

Я хочу использовать объектив с фиксированным фокусным расстоянием. На самом деле, мне бы хотелось, чтобы размер диафрагмы и фокус были фиксированными (камера используется программным обеспечением для захвата изображений, и я не хочу вручную изменять свойства камеры / объектива). Идея состоит в том, чтобы зрачок (диаметром 3 мм) составлял 25 пикселей или более и находился в фокусе (резкость), когда зрачок перемещается между 80 см и 120 см вдоль линии обзора камеры.

Я рассчитал необходимое фокусное расстояние для зрачка 25 пикселей на расстоянии 120 см. Это будет означать, что при движении головы зрачок будет больше 25 пикселей.

При глубине резкости 40 см (например, при движении зрачка от 80 до 120 см) мне, кажется, нужно большое значение диафрагмы. На самом деле, необходимость освещения и длительных выдержек проблематична для меня.

---

Я предполагал использовать объектив с ручной фокусировкой. Однако я не хотел бы менять фокусировку на объективе во время съемки, например. как голова движется. Так что я действительно ищу объектив с фиксированным фокусным расстоянием, фиксированной диафрагмой и фиксированным фокусом. Однако сейчас я запутался в отношении связи между диафрагмой и фокусом объектива с фиксированным фокусным расстоянием. Предположим, что у объектива 52 мм (при условии, что я правильно его рассчитал), если я хочу получить четкое изображение зрачка при его перемещении между 80 см и 120 см, то можно ли это сделать с фиксированным фокусом и каково влияние f-стопа?

Прошу прощения, если я смущен.

---

Я бы просто хотел выполнить ваши расчеты фокусных расстояний. Если фокусное расстояние объектива равно F, тогда мы можем определить:

f_x = (F * HORIZONTAL_PIXELS) / (SENSOR_WIDTH)

Если мы заменим свойства камеры Thorlabs DCC1545M, мы получим

f_x = (F * 1280) /6.66

теперь, если координаты пикселя (u, v)

и = (f_x * х) / г * * тысячу шестьдесят-пять

предположим, что мы располагаем две точки слева и справа от зрачка на изображении с камеры, где u1, v1 - это самая левая пиксельная координата зрачка, а u2, v2 - самая правая пиксельная координата зрачка

= Аи U_2-u_1

= Аи (f_x * * x_2 тысячу семьдесят одна) / Z- (f_x * * x_1 тысяча семьдесят два) / г

= Аи (1280 * Р *? X) / (6.66 * г)

Мы можем изменить порядок следующим образом,

* +1078 * Р = (Аи * 6,66 * г) / (1280 *? X) * +1079 *

Теперь как ∆u = 25 пикселей и ∆x = 3 мм

F = 52,03125

Answer 1

Расчеты глубины резкости устрашают. Мы говорим о расстоянии до и за точкой, ориентированной на это, которое будет иметь приемлемую резкость. Математические модели основаны на допустимом размере круга путаницы. Это крошечная рассеянная точка света, которая составляет оптическое изображение. Я рассчитал этот промежуток для вас, используя диаметр круга 1/1000 выбранного объектива с фокусным расстоянием. В этом случае это 52 мм. Таким образом, размер круга, который я использовал, составляет 0,052 мм. Поскольку принятый размер круга составляет 0,5 мм при просмотре изображения со стандартного расстояния считывания, 0,052 примерно в 10 раз меньше. Это позволит считать 10-кратное увеличение приемлемо резким.

Таблица глубины резкости 52-миллиметровая точка фокусировки объектива 120-мм камеры для объекта:

f / 32 ----- 690 мм - 4557 мм

f / 22 ---- 795 мм через 2429 мм

f / 16 ---- 875 мм - 1897 мм

f / 11 ---- 955 мм - 1604 мм

Позвольте мне добавить, что глубина резкости является субъективной и зависит от остроты зрения наблюдателя, контрастности исследуемого изображения и яркости просматриваемого изображения. Диаметр круга путаницы составляет 3,4 минуты дуги или, иначе говоря, представляет собой круг, диаметр которого составляет 1/1000 от расстояния просмотра. Использование 1/1000 считается приемлемым для большинства ситуаций, так как оно приблизительно учитывает степень увеличения, применяемую для просмотра изображения. Leica для критических целей использует 1/1500, а Kodak - 1/1750. Большинство таблиц глубины резкости основаны на 1/1000 фокусного расстояния.

Формула для DOF

P = точка, сфокусированная на

Pd = дальняя точка, четко определенная

Pn = близко определенная точка

D = диаметр круга путаницы (обычно 1/1000 F)

f = f-номер

F = фокусное расстояние

Pn = P / 1 + PDf / F²

Pd = P / 1 - PDf / F²

Датчик изображения имеет размеры 5,32 х 6,66 мм. Количество пикселей составляет 1024 на 1280. Простое деление показывает, что диапазон одного пикселя 0,0052 мм. Это верно как для горизонтального, так и для вертикального. Если целью является размер изображения, охватывающий 25 пикселей, то 0,0052 X 25 = 0,13 мм. Это минимально допустимый диаметр изображения зрачка. Используя размер зрачка 3 мм, увеличение для этого изображения составляет 3 / 0,13 = 23, записанное как -23. Отрицательный знак указывает, что это будет сокращение.

Таким образом, вопрос в том, какой объектив (фокусное расстояние использовать для получения -23X. Кроме того, вы заявляете, что расстояние до объекта съемки должно быть от 800 мм до 1200 мм. Центр этого изображения до диапазона камеры составляет 1000 мм.

Мы размещаем камеру на расстоянии 1000 мм от глаз, которые нужно сфотографировать. Используя диаметр зрачка 3 мм, мы видим треугольник, основание 3 мм, высота 1000 мм. Отношение высоты к основанию составляет 1000/3 = 333,3

Объектив камеры проецирует похожий треугольник. Похоже, все углы одинаковы. Основой этого треугольника является изображение ученика. Согласно приведенному выше расчету, это будет 0,13 мм. Теперь высота этого треугольника приблизительно равна фокусному расстоянию объектива. Используя это соотношение, фокусное расстояние будет 333,3 X 0,13 = 43,3 мм.

Если установлен объектив 50 мм, вы можете получить изображение аналогичного размера, просто переключив камеру на расстояние до объекта. Предполагая, что используется 50 мм, основание треугольника изображения составляет 0,13 мм, а высота составляет 50 мм. Соотношение составляет 50 / 0,13 = 385. Для расчета расстояния между объективом и объектом, треугольник объекта имеет основание 3 мм, расстояние от камеры до объекта составляет 3 X 385 = 1155 мм.

Если установлен объектив 45 мм, то основание треугольника изображения составляет 45 / 0,13 = 346. Треугольник объекта составляет 3 X 346 = 1038 мм. Это будет приблизительно расстояние от камеры до глаза.

Предполагается, что вы установили 45-мм объектив: установите f / 5,6, используя кружок 1/000 из 45 = 0,045 мм.

Точка, сфокусированная на расстоянии = 1038 мм

диафрагма f / 5,6

Дистанционная точка резко определена = 1192 мм

Ближняя точка, четко определенная = 919 мм

Диапазон глубины резкости = 273 мм

Answer 2

Я хочу, чтобы человеческий глаз был крупным планом, когда глаз находится на расстоянии от 80 до 120 см от камеры. Я хочу, чтобы зрачок на глазном изображении имел минимальный диаметр 25 пикселей, когда реальный диаметр зрачка составляет 3 мм. Я использовал модель камеры с отверстиями, чтобы оценить, что на расстоянии 120 см мне понадобится объектив с фокусным расстоянием 52 мм.

Размер объекта 3 мм, размер объекта 0,13 мм, поэтому увеличение составляет 0,043. (Примечание: мне как-то удалось исправить простое деление в первом издании этого ответа, поэтому все значения с этого момента исправлены).

1/f = 1/s + 1/o, а o/s также равно увеличению, поэтому 1/f = 1/s + 3/(0.13s) = 24.1/s. При расстоянии до объекта 1200 мм я рассчитываю фокусное расстояние 50 мм, чтобы вы получили правильное значение (хотя, как указано в комментариях, возможно, не по правильной причине).

---

Когда я устанавливаю фокусное расстояние 52 и расстояние до объекта 100 см, мне нужно выбрать диафрагму 32, чтобы получить приблизительную глубину резкости, которую я хотел: она дает глубину резкости 37,1 см.

У меня есть несколько отдельных пунктов, чтобы поднять здесь.

Вы, кажется, принимаете фиксированный фокус. 1 см глубины резкости будет достаточно для видимой части глаза, поэтому, возможно, стоит рассчитать апертуру для 5 см DoF и установить элементарный автофокус.

При заданных вами значениях (f = 52 мм, диафрагма f / 32, расстояние до объекта 100 см) калькулятор, который вы связали, дает мне DOF 11,3 см. Что вы использовали для круга путаницы? С указанными вами характеристиками сенсора, я думаю, он должен быть 0,005 мм (размер одного сенсора).

При f / 32 проблема заключается в дифракции. Я не делал каких-либо конкретных вычислений для ваших параметров, но, как правило, не только дифракция f / 11 является ограничивающим фактором, насколько резким будет ваше изображение.

Кроме того, на диафрагме f / 32 очень мало света проходит через апертуру, поэтому вам нужно либо длительное воздействие (проблематично, потому что глаз движется быстро), либо много света (проблематично, поскольку это может означать, что зрачок даже не 3 мм в диаметре).

Итак, в целом, я думаю, вам стоит подумать, можете ли вы использовать автофокус и более широкую диафрагму.

---

Когда я ищу объективы с фокусным расстоянием около 50 мм, они обычно имеют гораздо меньшие числа диафрагм, которые дают очень малую глубину резкости ...

Обычно люди заботятся о том, насколько широкая апертура может быть, потому что они становятся уже, чем большинство людей хотят использовать (из-за вышеупомянутой проблемы дифракции) в большинстве случаев. Тем не менее, это правда, что многие объективы не закроются после f / 22.

Учитывая все обстоятельства, вам лучше всего попытаться спроектировать вещи так, чтобы вы могли избежать неприятностей с f / 16.