2.中继镜(增距镜)详解
目录
1.中继镜
(1)为什么使用增距镜?
(2)什么是增距镜?
2.中继镜基本参数
(1)WDR(WDC)
(2)WDV
(3)EPD(MDR)
(4)ChartSize
3.Chart尺寸评估
(1)计算方法
(2)案例演示
①案例说明
②参数提取
③结果解算
4.总结
1.中继镜
本文将通过摄像头模组成像测试具体案例对中继镜使用场景、基本参数及使用方法进行讨论。
(1)为什么使用增距镜?
在手机摄像头模组单体测试或整机测试中,理想的方案是在摄像头模组的标称焦距内进行,其远焦距离往往达到数米,在这个距离上测试时,若采用常规测试,会出现如图1所示情况:
①测试机箱需要很大尺寸(即大场地);
②视场角的轻微变化+物距的增大会导致成像对角尺寸增大,可能导致测试图卡不能满足充满整个视场
因此当物距达到一定值时,常规方法显然不能满足要求。那有没有一种办法?既能满足物距的大小要求,又能符合图卡充满整个视场。这时中继镜的作用便体现出来了。
(2)什么是增距镜?
中继镜(Relay Lens),也称增距镜,成像示意如图2所示,其光学系统组成我们先不做介绍,其光学原理是把近距离的物体(实际检测目标),在更远距离的地方生成一个正立放大的虚像。当物距<RelayLens焦距时,物经过透镜成正立、放大的虚像;因此不同的值就可以产生不同距离的Chart虚像: CCM则可以对不同距离的Chart进行成像评测了。
这样的话,物便生成了一个像距>物距的正立虚像,根据高斯成像公式,有
其中,为焦距,凸透镜焦距取正值,凹透镜焦距取负值;为物距;为像距,实像取正值,虚像取负值。
因此,若将各参数代数化,对于透镜组构成的增距镜则有如下关系式:
如图3所示为大物距下,中继镜配合摄像模组测试的示意图:
图1和图3对比可以发现:选择合适的物距后,经过增距镜发挥扩大像距、放大图像的作用,Chart可以充满CCM整个视场内,至此,从理论层面来看,所有棘手的问题都得到定性的解决。所以,大物距条件下的模组测试工作均采用中继镜来配合完成。
2.中继镜基本参数
中继镜在实际测试工作中能够发挥极大作用,图4、图5分别为R09150A型号增距镜实物图和使用过程中的参数示意图。
(1)WDR(WDC)
模拟距离:中继镜上方金属表面至Chart距离。
(2)WDV
实拍距离:待测镜头实拍物距。
(3)EPD(MDR)
工作距离:中继镜下方金属表面至待测镜头入瞳孔径距离。
(4)ChartSize
在已知相机的FOV角度时,对应于特定WDR(WDC)的成像对角尺寸。
3.Chart尺寸评估
中继镜的作用前面已经介绍,那么具体的使用场景有哪些呢?这里我们以SFR测试为例展开介绍。
在摄像模组图卡测试中,对成像画面内图卡的信息有数量上的要求,例如SFR图卡需要满足:充满整个视场的前提下格子个数不少于20*15,由于sensor分辨率一般为4:3(如1200万像素对应传感器有效像素为8000*6000;20MP(2000万像素)对应传感器有效像素为5184*3884),即需满足画面内横向和纵向方格数满足分别不少于20和15个。
(1)计算方法
中继镜使用时需配合相应型号中继镜对照表,截取该表部分信息如表1所示,该表数据由厂商对镜头测试后提供。其中,包含数据有①WDV;②WDR;③摄像模组FOV;④不同WDV下对应的倍率以及⑤不同WDV和摄像模组FOV下的成像对角尺寸ChartSize。
WDV | WDR | FOV | 倍率 | ||||||||
(mm) | (mm) | 98° | 99° | 100° | 101° | … | 147° | 148° | 149° | 150° | |
7000 | 152.84 | 365.3 | 369.87 | 374.47 | 379.09 | … | 601.43 | 605.89 | 610.31 | 614.67 | 0.0273 |
8000 | 153.45 | 366.43 | 371.02 | 375.63 | 380.27 | … | 603.21 | 607.69 | 612.11 | 616.48 | 0.024 |
9000 | 153.94 | 367.32 | 371.92 | 376.55 | 381.19 | … | 604.61 | 609.1 | 613.53 | 617.9 | 0.0213 |
10000 | 154.33 | 368.04 | 372.65 | 377.28 | 381.93 | … | 605.74 | 610.22 | 614.66 | 619.04 | 0.0193 |
20000 | 156.09 | 371.28 | 375.93 | 380.6 | 385.3 | … | 610.85 | 615.36 | 619.82 | 624.22 | 0.0097 |
有小伙伴会有疑问,工作距离EPD(MDR)值没有体现出来,需要注意的是,各个型号的前两位数字本身就说明了这个值的大小,如R09150A的工作距离EPD为9mm;RL2090的工作距离EPD为20mm。实际使用时,中继镜选型的路线一般为:
- 根据CCM视场角----------------->中继镜型号(因为中继镜不同,所覆盖的CCM视场角不同)
- 根据中继镜型号----------------->工作距离EPD(MDR);
- 根据测试条件-------------------->实拍距离WDV;
- 根据所确定的WDV值---------->查对照表获得WDR(WDC);
理论上来说,根据以上便可以确定中继镜、CCM模组及光源间的位置,从而进行测试工作。但是由于测试图卡时有CCM视场内的数量要求(如SFR图卡需要满足:充满整个视场的前提下格子个数不少于20*15(算法不同,数量要求便不同)),因此CCM镜头内的视场所对应的实际尺寸也很重要,对应的计算方法有以下两种:
①查表法
根据表1所示对照表信息可知,在已知WDV值、WDR值和CCM FOV条件下,可以通过查表获取ChartSize,该ChartSize表示的是该距离及视场条件下所拍摄的实际对角线尺寸。
②倍率法
若没有中继镜,仅通过CCM拍摄实际测试距离的视场对角线尺寸可以求得,通过查表可获得对应实拍距离WDV下的倍率,两者相乘便得到CCM+中继镜拍摄下的视场所对应的实际对角线尺寸。
★两种计算方法所得结果略有差别,但问题不大。下面通过一个案例来加深对前面的理解。
(2)案例演示
①案例说明
SFR10m距离测试使用棋盘格图卡进行,如图6所示为棋盘格示意图,测试用CCM选择模组单体(8MP、106°视场角)进行。需满足图卡充满整个视场的前提下,格子个数近似等于20*15个。棋盘格单元格尺寸有8mm、12mm、14mm、16mm、18mm、20mm等。
需求:确定出符合测试条件的棋盘格图卡。
②参数提取
- 根据CCM视场角100.6°----------------->确定中继镜型号选用R09150A;
- 根据中继镜型号R09150A----------------->工作距离EPD(MDR)为9mm;
- 根据测试条件10m距离-------------------->实拍距离WDV为10000mm;
- 根据所确定的WDV值10000mm---------->查对照表获得WDR(WDC)为154.33mm;
③结果解算
★查表法
根据中继镜型号—R09150A、实拍距离WDV—10000mm和CCM视场角—100.6°;
查询R09150A中继镜对照表(表1),得ChartSize为381.93mm。
★倍率法
- 首先确定仅CCM成像时,10m距离处视场对角线长度。由图7可知,
视场对角线尺寸
根据根据中继镜型号—R09150A、实拍距离WDV—10000mm;
查询R09150A中继镜对照表(表1),得倍率为0.0193,所以CCM+中继镜拍摄下的视场所对应的实际对角线尺寸为:
23836*0.0193=460.0348mm
方法 | 对角线尺寸ChartSize |
查表法 | 381.93mm |
倍率法 | 460.0348mm |
★对比两种方法结果发现,结果相差17%,差异原因未知,但是当我们需要通过快速评估视场尺寸从而选择合适的图卡时,其依然能够作为一种较为有效的手段。
4.总结
本文将通过摄像头模组成像测试具体案例对中继镜使用场景、基本参数及使用方法进行讨论。笔者知识水平有限,仍有某些问题无法说明,下面对遗留问题进行记录:
- 厂家下发的增距镜文档《视角和Chart对角线长度对照表》中,无论是计算值还是测试值,倍率一栏所代表的含义是什么?
望业内专业人士或者对此感兴趣的小伙伴能够指点迷津或展开讨论!
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