Расчет глубины резкости (DoF) для гиперспектральных камер Specim
Каждая оптическая система визуализации имеет глубину резкости (DoF). Она определяется как расстояние между ближайшим и самым дальним объектом в резком фокусе. Глубина резкости должна отличаться от другого оптического свойства, называемого глубиной резкости, которое относится к допуску размещения плоскости изображения относительно положения объектива.
Depth of Field (DoF) – глубина резкости;
Circle of Confusion (CoC) – пятно рассеяния;
Working Distance (WD) – рабочее расстояние; это расстояние между образцом и первой поверхностью переднего объектива.
Глубина резкости в пространстве предметов (depth of field), глубина резкости в пространстве изображений (depth of focus) и пятно рассеяния (circle of confusion)
DoF системы визуализации имеет решающее значение при измерении неплоских образцов. Это может быть лаборатория, промышленная система и приложения для дистанционного зондирования. Степень свободы можно оценить следующим образом [1].
Где u представляет собой рабочее расстояние (WD), N – число F, c – пятно рассеяния, а f – фокусное расстояние. Обратите внимание, что уравнение (1) не учитывает аберрации объектива. В некоторых случаях, когда пятно рассеяния пренебрежимо мало относительно диафрагмы (слагаемое c² стремится к 0), а рабочее расстояние значительно больше фокусного расстояния (u – f = u), уравнение (1) можно аппроксимировать по [1].
Четыре параметра DoF
Как видно, глубина резкости зависит от четырех параметров:
- Рабочее расстояние: глубина резкости увеличивается с расстоянием измерения. Обратите внимание, что это происходит за счет пространственной выборки объекта;
- Диафрагма объектива, как число F: система с большим числом F будет иметь бóльшую глубину резкости. Однако в систему попадет меньше света, что будет стоить времени интегрирования;
- Пятно рассеяния (CoC): оно часто соответствует размеру пикселя, в пространственном измерении, вдоль щели, на уровне щели (также с учетом увеличения системы). Камера с большими пикселями будет иметь бóльшую глубину резкости. Это также означает, что пространственный биннинг увеличит глубину резкости. PS. На практике (CoC) ограничен оптическим разрешением системы, а не размером пикселя детектора. Использование размера пикселя в качестве CoC дает минимальное приближение для глубины резкости.
- Фокусное расстояние переднего объектива: глубина резкости уменьшается, а фокусное расстояние увеличивается. На практике объектив с более широким угловым полем имеет бóльшую глубину резкости.
Все вышеизложенное показывает, что высокое пространственное разрешение с большой глубиной резкости может быть достигнуто только за счет высокого числа F (меньшая пропускная способность и бóльшее время интегрирования).
С камерами Specim:
Пользователь должен ввести CoC, число F, рабочее расстояние и фокусное расстояние в качестве входных данных.
- На выходе пользователь получает гиперфокальное расстояние, ближний и дальний пределы фокусировки и глубину резкости;
- В таблице ниже приведены параметры, которые следует использовать при расчете глубины резкости с камерами Specim. Наряду с этой таблицей предоставляется для расчета глубины резкости.
Параметры, используемые при расчете глубины резкости (DoF) с помощью гиперспектральных камер Specim
Несколько практических советов
- Нелегко определить порог резкости изображения. Поэтому приведенные выше результаты следует рассматривать как приближенные;
- Если кто-то хочет измерить неплоский образец, фокус следует регулировать не в нижней части плоскости изображения (на уровне лотка для образцов), а в середине высоты образца. Если предположить, что глубина резкости составляет 10 см, то фокусировку следует делать приблизительно 5 см от лотка для образцов;
- Камеры Specim, которые используются для дистанционного зондирования (например, серия Specim AFX), всегда фокусируются на бесконечность. Затем все объекты выше гиперфокального расстояния отображаются резко.
