工業(yè)內(nèi)窺鏡選型之?dāng)z像頭模組光學(xué)參數(shù)選擇

　　攝像頭模組作為工業(yè)內(nèi)窺鏡最核心零部件之一，其中參數(shù)分為有光學(xué)鏡頭參數(shù)，傳感器成像原理類型，傳感器輸出圖像數(shù)據(jù)格式差異，不同的參數(shù)直接影響到內(nèi)窺鏡的顯示清晰度，傳輸距離，顯示系統(tǒng)差異，設(shè)備整體功耗等。下面介紹各個(gè)參數(shù)的差異從而對(duì)內(nèi)窺鏡產(chǎn)生的直接變化。

　　鏡頭參數(shù)中分為鏡頭的光學(xué)景深、焦距、視場(chǎng)角。景深定義為鏡頭或其他成像器前沿能夠取得清晰圖像的成像所測(cè)定的被攝物體前后距離范圍。通俗講即被拍攝物體對(duì)焦點(diǎn)（focus point）平面處的景物，在顯示屏上會(huì)形成清晰影像，在對(duì)焦點(diǎn)平面的前方某處到其后方某處有一個(gè)范圍，其內(nèi)的景物都能形成清晰影像，這一范圍稱為景深，討論景深，一般我們用“深淺”形容，即淺景深（narrow depth of field）或大景深(large depth of field)。在內(nèi)窺鏡選型中，大景深的攝像頭效果是最為理想的，但是由于內(nèi)窺鏡的鏡頭外徑都是相當(dāng)小的，我們?cè)谠O(shè)計(jì)景深過程中根據(jù)外徑、長(zhǎng)度及裝配難易度進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計(jì)，所以在選擇內(nèi)窺鏡時(shí)，景深越大是越好，而相對(duì)價(jià)格也較為昂貴些。深圳杰泰科技的THX系列則是大景深5~120mm。

　　焦距是指鏡頭的光學(xué)中心點(diǎn)到形成清晰影像的影像傳感器等成像介質(zhì)之間的距離，通常以毫米(mm)為計(jì)量單位。焦距在內(nèi)窺鏡中分為近焦距和遠(yuǎn)焦距，用戶根據(jù)使用場(chǎng)景選擇焦距。近焦鏡頭，一般視場(chǎng)角較為大，圖像存在少許魚眼畸變的現(xiàn)象，一般在檢測(cè)管道，近距離觀察被檢物體表面裂痕等選用近焦內(nèi)窺鏡。遠(yuǎn)焦鏡頭則視場(chǎng)角較小，遠(yuǎn)景深較為長(zhǎng)，圖像還原好，一般用于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，安檢防爆等應(yīng)用。

　　視場(chǎng)角則是在光學(xué)工程中又稱視場(chǎng)，視場(chǎng)角的大小決定了光學(xué)儀器的視野范圍，通俗的講就是兩個(gè)不同視角的內(nèi)窺鏡放在一塊，視場(chǎng)角大的內(nèi)窺鏡所能看到范圍更大，但是圖像的清晰度及細(xì)節(jié)稍微較差。而視場(chǎng)角小的所能看到范圍較小，但是圖像的清晰度及細(xì)節(jié)就較好，所以用戶也需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行選擇視角不同的內(nèi)窺鏡。看管道及腔體等選用視角大的看的范圍廣，看表面及遠(yuǎn)距離的則選用視角小的，圖像更為清晰。

　　傳感器成像原理可分為CCD及CMOS成像。CCD成像過程是拍攝景物時(shí)，景物反射的光線通過相機(jī)的鏡頭透射到CCD上。當(dāng)CCD曝光后，光電二極管受到光線的激發(fā)釋放出電荷，感光元件的電信號(hào)便由此產(chǎn)生。CCD控制芯片利用感光元件中的控制信號(hào)線路對(duì)光電二極管產(chǎn)生的電流進(jìn)行控制，由電流傳輸電路輸出，CCD會(huì)將一次成像產(chǎn)生的電信號(hào)收集起來，統(tǒng)一輸出到放大器。經(jīng)過放大和濾波后的電信號(hào)被送到A/D，由A/D將電信號(hào)（此時(shí)為模擬信號(hào)）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，數(shù)值的大小和電信號(hào)的強(qiáng)度即電壓的高低成正比。這些數(shù)值其實(shí)就是圖像的數(shù)據(jù)了。不過單依靠上一步所得到的圖像數(shù)據(jù)還不能直接生成圖像，還要輸出到數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）。在DSP中，這些圖像數(shù)據(jù)被進(jìn)行色彩校正、白平衡處理等后期處理，編碼為相機(jī)所支持的圖像格式、分辨率等數(shù)據(jù)格式，然后才會(huì)被存儲(chǔ)為圖像文件。

　　CMOS主要是利用硅和鍺這兩種元素所作成的半導(dǎo)體，通過CMOS上帶負(fù)電和帶正電的晶體管來實(shí)現(xiàn)基本功能的。這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片記錄和解讀成影像。由于CMOS工藝越來越成熟，集成度越來越高，傳感器設(shè)計(jì)的越來越小，在內(nèi)窺鏡應(yīng)用中越來越具有優(yōu)勢(shì)，1/9英寸大小的傳感器就可達(dá)到HD高清分辨率。杰泰科技THX百萬(wàn)高清內(nèi)窺鏡即為此款傳感器，成像效果好，還原度高，清晰度高。