遠心鏡頭的原理 - 台部落

1.原理介紹 ... 遠心鏡頭（Telecentric lens），是爲糾正傳統鏡頭視差而設計，它可以在一定的物距範圍內，使得到的圖像放大倍率不會變化，簡單的說這種鏡頭 ... 請輸入正確的登錄賬號或密碼 註冊 忘記密碼 首頁 未分類 正文 遠心鏡頭的原理 原創 tjulxh 2018-12-2402:36 轉自：http://blog.csdn.net/liyuanbhu/article/details/53957501 1.原理介紹 遠心鏡頭（Telecentriclens），是爲糾正傳統鏡頭視差而設計，它可以在一定的物距範圍內，使得到的圖像放大倍率不會變化，簡單的說這種鏡頭拍出來的圖像沒有近大遠小關係。

遠心鏡頭又分爲物方遠心鏡頭、像方遠心鏡頭和雙側遠心鏡頭。

下面是兩個遠心鏡頭的實物照片。

  關於遠心鏡頭的原理，網上有一些介紹，但是寫的都很晦澀。

其實幾句話就能說清楚的，最核心的一點是遠心鏡頭是普通鏡頭與小孔成像原理的結合。

這裏我試着用三張圖來說明遠心鏡頭的原理。

1.1物方遠心鏡頭     傳統鏡頭的光路：    如果我們在像方焦點處放置個小孔，光路就變成了這樣： 這個小孔的作用就是隻讓平行入射的物方光線可以達到像平面成像。

從幾何關係可以看出這時像就沒有近大遠小的關係了。

物方遠心鏡頭的原理就這麼簡單。

之所以叫物方遠心，是因爲接收平行光成像，相當於物體在無窮遠處。

物方遠心鏡頭的缺點是放大倍數與像距成直接關係。

實際使用時相機安裝的遠近會影響放大倍數。

所以每個鏡頭系統都要單獨的標定放大倍數。

1.2像方遠心（image-spacetelecentric） 我們知道光路是可逆的，那麼將物方遠心鏡頭的光路反過來就成了像方遠心鏡頭的光路。

  這種鏡頭的特點是放大倍數與像距無關，相機離得遠還是近都不影響放大倍數。

1.3雙側遠心鏡頭（doubletelecentric、bi-telecentric） 結合物方遠心和像方圓心的光路就成爲了雙側遠心鏡頭。

下面是光路：  這種鏡頭的特點是物體離得遠近或者相機離得遠近都不影響放大倍數。

所以廣泛的應用在機器視覺測量檢測領域。

當然，實際的圓心鏡頭中的小孔光闌不可能無限的小，那樣進來的光線就太小了。

所以實際的圓心鏡頭還是會有一定的近大遠小關係的（這個指標稱之爲遠心度，遠心鏡頭的遠心度通常小於0.1°）。

物距也不是任意的，但是它比普通的鏡頭的景深要大得多。

  轉自：https://jingyan.baidu.com/article/a3aad71aab11e9b1fb0096e7.html 2.選型   第一部分:遠心鏡頭的原理說明 首先,我們從非遠心鏡頭的幾個問題說起。

第一個問題,一般鏡頭在成像過程中,當工作距離發生變化時,其所成圖像大小會相應的發生變化,造成的結果就是同一個焦距的鏡頭,對應不同的物距,將會有不同的放大倍率,這一現象跟人類視覺系統的近大遠小視覺差類似。

這一問題在某些應用場合是可以被忽略甚至加以利用的,但是當我們的視覺系統被用來執行精密測量任務時,這一特性則會成爲極大的阻礙。

第二個問題,普通的鏡頭都存在一定範圍的景深,當被測物體不在鏡頭的景深範圍內時,圖像就會變得模糊,無法清晰聚焦,爲此,設計師們在普通鏡頭上設計了調焦環,當工作距離發生變化時,可以通過調節對焦面來看清楚感興趣的區域。

問題是,如果被測物體本身的深度超出了一定範圍,鏡頭始終沒辦法同時看清首尾兩端,這個問題,必須通過其他的途徑來解決。

第三個問題,隨着現在成像芯片分辨率的不斷提高,用戶對測量精度的要求也越來越苛刻,普通的鏡頭受制於其光學成像的原理,最好的也只能做到10um左右,視覺檢測領域需要精度更高的成像產品。

 雙遠心鏡頭即是爲了解決這些問題應運而生的。

雙遠心鏡頭通過在光學系統的中間位置放置孔徑光闌,使主光線一定通過孔徑中心點,則物體側和成像側的主光線一定平行於光軸進入鏡頭。

入射平行光保證了足夠大的景深範圍,從鏡頭出來的平行光則保證了即是工作距離在景深範圍內發生大幅度變化,成像的高度也就是放大倍率不會發生變化。

第二部分:遠心鏡頭使用範圍  什麼情況下應該選用遠心鏡頭呢?根據筆者多年從事機器視覺產品選型的經驗,再次給讀者一些參考,如下情況,建議選用雙遠心鏡頭。

1)當被檢測物體厚度較大,需要檢測不止一個平面時,典型應用如食品盒,飲料瓶等。

2)當被測物體的擺放位置不確定,可能跟鏡頭成一定角度時。

3)當被測物體在被檢測過程中上下跳動,如生產線上下震動導致工作距離發生變化時。

4)當被測物體帶孔徑、或是三維立體物體時。

5)當需要低畸變率、圖像效果亮度幾乎完全一致時。

6)當需要檢測的缺陷只在同一方向平行照明下才能檢測到時。

7)當需要超過檢測精度時,如容許誤差爲1um。

第三部分:遠心鏡頭的選型方法    遠心鏡頭的選型辦法其實跟普通光學系統中的鏡頭類似,需要關注的幾個點如下: 兼容的CCD靶面尺寸。

這一點跟普通鏡頭的選擇類似,要求遠心鏡頭兼容的CCD靶面大於或等於配套的相機靶面,否則會造成分辨率的浪費。

接口類型。

目前遠心鏡頭提供的接口類型也跟普通鏡頭類似,有C口,F口等,只要跟相機配套即可使用。

放大倍率,或成像範圍。

當放大倍率和CCD靶面確定時,成像範圍即確定,反之亦然。

工作距離。

一般以上三點選定的情況下,工作距離已經確定在一個範圍之內,這是其成像光路決定的。

需要注意的就是此工作距離是否滿足實際使用要求。

當選用遠心繫統進行檢測時,我們建議先選定鏡頭,依據其工作距離設計其他機械結構。

景深範圍。

在滿足前面幾個使用條件的前提下,景深範圍越大,說明遠心繫統的光學特性越好,在選型時可作爲參考。

因爲遠心鏡頭的這些特性,導致其生產工藝要求非常高,所以目前主要的生產廠家都在國外,維視圖像作爲國內領先的遠心光學自主品牌,其BT系列雙遠心產品以其超高的精度,穩定性和性價比,正在取得越來越多客戶的認可,希望在遠心光學這條路上,我們能陪伴您一起成長,爲機器視覺這個大家庭的建設,貢獻自己的一份力量。

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