CN114690514B - 一种用于Stereo-PIV的相机机身和镜头的转接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于Stereo‑PIV的摄影领域,具体涉及一种用于Stereo‑PIV的相机机身和镜头的转接方法,包括:采用自定义移轴转接环连接用于Stereo‑PIV的相机机身和镜头,其中自定义移轴转接环由商用移轴转接环的卡口以外的功能模块以及通过以下方式所设计的卡口构成:根据待转接的相机机身和所镜头的法兰距,以使用移轴转接环转接后相机机身的法兰距与镜头的法兰距相等为目标,确定自定义移轴转接环的长度,将该长度减去功能模块的长度,得到待设计卡口的厚度;测量商用移轴转接环中卡口的功能模块一侧的结构参数,作为待设计卡口的连接功能模块一侧的结构参数;待设计卡口的连接相机机身一侧的结构参数根据待转接的相机机身结构确定。本发明能够实现移轴转接环的低成本应用。
Description
技术领域
本发明属于Stereo-PIV的摄影领域,更具体地,涉及一种用于Stereo-PIV的相机机身和镜头的转接方法。
背景技术
立体视觉粒子图像测速技术(Stereo-PIV)是一种利用两台相机对流场中播散的粒子进行拍摄,并以此计算流体运动速度的流动测量技术。该技术要求两台相机呈一定的倾斜角度对被摄区域进行拍摄。然而,由于镜头的景深限制,在实际拍摄时会出现图像无法全区域聚焦的问题,进而导致后续速度计算结果不准确。根据沙姆定律(ScheimpflugPrinciple),当物平面、镜头平面、成像平面三个平面都相交于某一条直线时,即可实现全平面的对焦,如图1所示。
根据上述理论,有厂商设计出了相应的移轴镜头,其可在相机机身和芯片平面(成像平面)位置不变的前提下,使镜头的主光轴平移、倾斜或旋转,进而实现沙姆定律的条件。以佳能TS-E 24mm f/3.5L II镜头为例,其镜头配备倾角机构、偏移机构,旋转机构,在相机相对拍摄物体有一定的倾斜角度时,可完美实现整个图像清晰对焦的拍摄要求。
然而实际调研发现,移轴镜头售价普遍较为昂贵,且存在调节机构较易磨损的问题,调节机构一旦损坏,镜头基本无法使用。同时,由于T-S镜头(即移轴镜头)的功能较为复杂,T-S镜头的光学性能一般无法与专业镜头相媲美。鉴于以上问题,有摄影爱好者提出T-S转接环的方案,即将移轴镜头的调整机构集成到转接环上。该方案的好处是既可以与专业镜头连接构成移轴镜头,又可以避免因功能结构的损坏影响镜头的基本使用。目前移轴转接环已经有较为成熟的商业产品,然而由于该领域内使用的工业相机卡口以C口及E口等居多,由于需求量较少等原因,目前尚未发现具备转接F口镜头和E或C口相机的移轴转接环,导致已有移轴转接环在Stereo-PIV拍摄领域中难以应用。
发明内容
针对现有技术的缺陷和改进需求,本发明提供了一种用于Stereo-PIV的相机机身和镜头的转接方法,其目的在于提出一种转接方法,以实现移轴转接环的低成本灵活应用。
为实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供了一种用于Stereo-PIV的相机机身和镜头的转接方法,包括:采用自定义移轴转接环连接用于Stereo-PIV的相机机身和镜头,其中,所述自定义移轴转接环由商用移轴转接环的卡口以外的功能模块以及通过以下方式所设计的卡口构成:
根据待转接的所述相机机身和所述镜头的法兰距,以使用移轴转接环转接后相机机身的法兰距与镜头的法兰距相等为目标,确定自定义移轴转接环的长度,将该长度减去所述功能模块的长度,得到待设计卡口的厚度;
测量所述商用移轴转接环中卡口的所述功能模块一侧的结构参数,作为待设计卡口的连接功能模块一侧的结构参数;待设计卡口的连接相机机身一侧的结构参数根据待转接的相机机身结构确定。
进一步,所述自定义移轴转接环中卡口的设计方式还包括:
根据所确定的结构参数以及卡口厚度,3D打印塑料卡口样品;
将所述卡口样品与所述商用移轴转接环的所述功能模块拼接,并用于Stereo-PIV中相机机身和镜头的转接和对焦测试,若符合要求,加工制作金属材质的自定义移轴转接环,若不符合要求,调整卡口的结构参数和卡口厚度,重复所述打印及测试步骤,直至所设计卡口符合要求,得到金属材质的自定义移轴转接环。
进一步,待设计卡口的内环直径和内环厚度根据实际所需的待设计卡口对镜头的承重力以及相机采光量确定。
本发明还提供一种用于转接相机机身和镜头的移轴转接环,其由商用移轴转接环的卡口以外的功能模块以及通过如上所述的转接方法中的卡口设计方式所得到的卡口构成。
进一步,其材质为铝合金。
进一步,所述铝合金表面通过黑色氧化处理。
本发明还提供一种用于Stereo-PIV的拍摄装置,是通过采用如上所述的转接方法,将所需的相机机身与镜头转接所构成。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案,能够取得以下有益效果:
本发明在原有的商业T-S转接环的基础上,对连接相机端的转接环卡口进行重新设计,以保证改装后的移轴转接环符合具体使用场景的使用要求,应用成本低。
附图说明
图1为沙姆定律示意图;
图2为镜头法兰距示意图;
图3为本发明实施例提供的卡口结构示意图;
图4为本发明实施例提供的移轴转接环、E卡口及其结构参数示意图;
图5为本发明实施例提供的移轴转接环使用效果图,其中,(a)为连接实物图,(b)和(c)分别为转接环使用前后对焦效果图。
在所有附图中,相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构,其中:
1为移轴转接环的相机侧卡口,2为移轴转接环的功能模块,3为E型转接环卡口,4为相机,5为镜头。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例一
一种用于Stereo-PIV的相机机身和镜头的转接方法。
由于现有移轴转接环仅针对特定卡口类型镜头及相机进行转接,而对其他类型卡口的转接,会存在两个问题,即结构参数不匹配导致无法安装以及法兰距不同无法正常对焦。本实施例针对现有商业T-S转接环无法转接F口镜头和E口相机的问题,发现商用移轴转接环连接相机侧结构可与其它部分拆卸分离,将移轴转接环连接相机侧结构定义为卡口,卡口以外的部分定义为功能模块,该功能模块使得转接环实现倾角、偏移和旋转功能,因此,本实施例在商业T-S转接环基础上对卡口进行改装,重新设计连接相机侧的转接环卡口,以低成本的方式实现E卡口相机与F卡口镜头的连接,因为保留了功能模块,保证了转接环倾角、偏移和旋转功能的正常使用,进而解决实践中相机倾斜拍摄时图像全平面对焦问题。
也就是,本实施例能够兼顾法兰距灵活可调,且能够用于各种Stereo-PIV所需使用的相机机身和镜头,最重要的,实现这些效果所需的成本很低。
优选的,本实施例提供的一种用于Stereo-PIV的相机机身和镜头的转接方法包括:采用自定义移轴转接环连接用于Stereo-PIV的相机机身和镜头,其中,自定义移轴转接环由商用移轴转接环的卡口以外的功能模块以及通过以下方式所设计的卡口构成:
根据待转接的相机机身和镜头的法兰距,以使用移轴转接环转接后相机机身的法兰距与镜头的法兰距相等为目标,确定自定义移轴转接环的长度,将该长度减去所述功能模块的长度,得到待设计卡口的厚度;测量商用移轴转接环中卡口的功能模块一侧的结构参数,作为待设计卡口的连接功能模块一侧的结构参数;待设计卡口的连接相机机身一侧的结构参数根据待转接的相机机身结构确定。
也就是,本实施例实现功能模块重复利用,一个功能模块可以于多个自定义卡口配套使用,极大降低移轴转接环的使用成本。
(一)关于卡口厚度的确定
在使用相机拍摄时,为了对目标距离处的物体的清晰对焦,往往需要对调整镜头的焦距,以使物像能够落在相机芯片上。鉴于镜头焦距调整范围有限,为了获得最佳的拍摄效果,相机和镜头生产厂商明确规定了各类相机的芯片和镜头安装法兰之间的距离——法兰距,也称为对应镜头的法兰距。如图2中左图所示,一般情况下,法兰距主要由相机机身决定,镜头法兰距与相机法兰距需保持一致,均为Df1。在相机安装转接环后,对应相机的法兰距增大为Df2,如图2中右图所示。此时,镜头法兰距与相机法兰距不再匹配,导致拍摄图像无法正常对焦。此时,只能通过更换法兰距为Df2的镜头解决对焦问题。然而,各类型的镜头的法兰距一般为固定值,无法根据实际进行调整,因此在进行转接时必须根据需要提前确定转接环的厚度,表1中列出了三类镜头的法兰距值,以尼康F卡口镜头转接E卡口相机为例,转接环的厚度必须为两者法兰距的差值,即28.5mm。同样地,当使用尼康F卡口镜头转接微4/3卡口相机时,转接环厚度需为26.5mm。由于原装商业移轴转接环主要由功能模块和转接卡口两部分组成,在确定转接环长度后,通过减去原有功能模块的厚度即可确定转接卡口的厚度。
表1.镜头法兰距表
名称 | 法兰距 |
尼康F卡口镜头 | 46.5mm |
索尼E卡口镜头 | 18mm |
微4/3卡口镜头 | 20mm |
(二)关于卡口的设计与加工
在确定卡口厚度后,仍需进行相应结构设计。卡口的结构设计主要分为三个部分:机身侧结构,功能模块侧结构以及卡口主体结构,如图3所示。
机身侧结构主要根据使用相机的卡口类型进行选择,对应类型的卡口参数可通过公开资料获取,为了节省设计时间,可在相关三维模型网络平台直接下载对应卡口模型进行使用。
功能模块测卡口结构主要参考商用移轴转接环的原有功能模块测卡口进行设计,以使设计得到的卡口与功能模块进行紧固连接。此时需要对原有功能模块测卡口结构参数进行测量,而后使用三维绘图软件自行仿制设计。
卡口主体结构同样通过参考上述卡口公开资料进行设计,需要注意的是,该部分的厚度需要通过计算卡口总厚度减去以上两部分结构厚度确定。同时,卡口内径需要综合考虑其对镜头的承重能力与相机采光量来确定。
为了降低制作成本,在完成转接卡口的三维结构设计后,可以先通过3D打印塑料件与转接环功能模块安装以及测试过程。其中,通过安装过程确定设计结构是否满足与功能模块以及相机的连接要求;通过测试过程中相机拍摄图片能否正常对焦确定转接卡口厚度设计是否要求。在确定设计的转接卡口满足安装及测试要求后,再通过加工相应的金属件,完成转接卡口的最终制作。其中,为了避免金属件表面光泽对拍摄图像的影响,一般需要对加工金属转接卡口进行黑色氧化处理。
实施例二
一种用于转接相机机身和镜头的移轴转接环,其由商用移轴转接环的卡口以外的功能模块以及通过如实施例一所述的转接方法中的卡口设计方式所得到的卡口构成。
相关技术方案同实施例一,在此不再赘述。
实施例三
一种用于Stereo-PIV的拍摄装置,是通过采用如实施例一所述的转接方法,将所需的相机机身与镜头转接所构成。
相关技术方案同实施例一,在此不再赘述。
综上,本发明给出的转接环装置结构简单,加工制作成本低。无需改变转接环功能模块,仅通过卡口的设计即可实现E卡口相机与尼康F卡口的转接,降低了转接环的设计成本。另外,装置设计方法具有普适性,可用于其他类型卡口转接环的设计,如C卡口相机与F卡口镜头的转接环的设计。
为了更好的说明本发明实施例中移轴转接环的设计,现通过以下示例说明。
在已有商业T-S转接环的基础上,设计一种转接环,以低成本的方式实现E卡口机身和F卡口镜头的转接,本转接环装置的采用如下技术方案:
本方案中选用的T-S转接环为m1zeng品牌,适用于为尼康G/F镜头转M43相机的移轴转接环,其主要由卡口和功能模块组成,如图4中1、2所示。本方案中使用的相机为千眼狼5F01高速摄像机,系统相机为E口机身,镜头为尼康105mm焦距的微距F卡口镜头。通过法兰距计算,得到了改装后的转接环长度需为28.5mm,并测量得到原始转接环中功能模块的长度为24.1mm,确定了卡口的厚度为4.4mm。通过测量原始转接环功能模块侧结构以及查阅公开标准E卡口参数,设计并加工了如图4中3所示的E卡口,并给出了其具体的结构参数。其中,R表示半径,Φ表示直径。卡口内环直径为35mm,以保证其承重以及通光需求。同时,卡口上设计有固定卡槽,方便与相机稳固连接。为了确定设计的卡口符合使用要求,首先采用3D打印机打印了PLA材质的卡口样品进行测试,在确认无设计缺陷时加工了铝合金材质的转接环,并对表明进行黑色氧化处理。
图5中的(a)展示了安装了本方案中设计的E卡口后的移轴转接环与相机及镜头的连接示意图。结果显示显示系统连接紧固性良好。为了验证其镜头移轴转接后的对焦效果,对系统标定板进行了对焦测试。图5中的(b)展示了相机与拍摄标定板呈30°时拍摄的标定板图像。由图可知,在不使用移轴环的功能模块的情况下,图像只有中间部分清晰对焦,两侧均出现模糊的现象。相比之下,在使用移轴转接环的情况时,整个板面及其标记点的对焦效果良好,如图5中的(c)所示。
通过上述紧固性以及功能正常性的测试,验证了本设计的转接环卡口符合使用要求。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于Stereo-PIV的相机机身和镜头的转接方法,其特征在于,包括:采用自定义移轴转接环连接用于Stereo-PIV的相机机身和镜头,其中,所述自定义移轴转接环由商用移轴转接环的卡口以外的功能模块以及通过以下方式所设计的卡口构成:
根据待转接的所述相机机身和所述镜头的法兰距,以使用移轴转接环转接后相机机身的法兰距与镜头的法兰距相等为目标,确定自定义移轴转接环的长度,将该长度减去所述功能模块的长度,得到待设计卡口的厚度;
测量所述商用移轴转接环中卡口的所述功能模块一侧的结构参数,作为待设计卡口的连接功能模块一侧的结构参数;待设计卡口的连接相机机身一侧的结构参数根据待转接的相机机身结构确定;
待设计卡口的内环直径和内环厚度根据实际所需的待设计卡口对镜头的承重力以及相机采光量确定。
2.根据权利要求1所述的转接方法,其特征在于,所述自定义移轴转接环中卡口的设计方式还包括:
根据所确定的结构参数以及卡口厚度,3D打印卡口塑料样品;
将所述卡口样品与所述商用移轴转接环的所述功能模块拼接,并用于Stereo-PIV中相机机身和镜头的转接和对焦测试,若符合要求,加工制作金属材质的自定义移轴转接环,若不符合要求,调整卡口的结构参数和卡口厚度,重复所述打印及测试步骤,直至所设计卡口符合要求,得到金属材质的自定义移轴转接环。
3.一种用于转接相机机身和镜头的移轴转接环,其特征在于,其由商用移轴转接环的卡口以外的功能模块以及通过如权利要求1或2所述的转接方法中的卡口设计方式所得到的卡口构成。
4.根据权利要求3所述的移轴转接环,其特征在于,其材质为铝合金。
5.根据权利要求4所述的移轴转接环,其特征在于,所述铝合金表面通过黑色氧化处理。
6.一种用于Stereo-PIV的拍摄装置,其特征在于,是通过采用如权利要求1或2所述的转接方法,将所需的相机机身与镜头转接所构成。
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