像方遠心、物方遠心、雙遠心鏡頭的區(qū)別

  • 來源：光虎

像方遠心、物方遠心、雙遠心鏡頭的區(qū)別


工業(yè)鏡頭是機器視覺系統中十分重要的成像元件，系統若想完全發(fā)揮其作用，工業(yè)鏡頭必須能夠滿足要求才行。隨著機器視覺系統在精密測量領域的廣泛應用，普通工業(yè)鏡頭難以滿足要求，而遠心鏡頭應運而生。

遠心鏡頭主要為矯正傳統工業(yè)鏡頭視差而設計，它可以在一定的物距范圍內，使得到的圖像放大倍率不變，從而彌補普通工業(yè)鏡頭“遠大近小”的視覺效果，滿足精密測量的要求。遠心鏡頭按設計原理可分為：像方遠心光路、物方遠心光路和雙側遠心光路。

                                                                                                                                                                                           --------------光路原理



1）像方遠心光路


像方遠心光路的光路圖下圖。它是將孔徑光闌放置在物方焦平面上，像方主光線平行于光軸主光線的會聚中心位于像方無窮遠。這種鏡頭的特點是放大倍率與像距無關，可以消除像方調焦不準引入的測量誤差。





2）物方遠心光路


物方遠心光路的光路圖如下圖。它是將孔徑光闌放置在光學系統的像方焦平面上，物方主光線平行于光軸主光線的會聚中心位于物方無限遠。這種鏡頭的特點是在合理的活動范圍內，物體的放大倍率與物距無關。即使物距發(fā)生改變，像高也并不會發(fā)生改變，即測得的物體尺寸不會變化。根據這個原理設計出來的鏡頭成為物方遠心鏡頭，簡稱遠心鏡頭。




3）雙側遠心光路


雙側遠心光路就是我們常說的雙遠心光路，光路圖如下圖。它綜合了像方遠心和物方遠心的雙重優(yōu)點，在景深范圍內，物體離得遠近或者相機離得遠近，都不會影響到成像系統的放大倍數，即像不隨物距和相距的變化而變化。根據雙側遠心光路設計出來的鏡頭成為雙遠心鏡頭。





鏡頭原型


    正所謂“弱水三千，只取一瓢飲”。在遠心鏡頭選型過程中，需要我們根據實際情況，從百萬只鏡頭中，挑選出最適合我們的那一個。在了解了遠心鏡頭的光路原理之后，讓我們來康康鏡頭參數的含義吧！

（1）物方遠心鏡頭
    前面提到，物方遠心鏡頭簡稱為遠心鏡頭。遠心鏡頭常用參數包括倍率、工作距離、物方分辨率、景深、數值孔徑NA等。在眾多參數中，可能會讓大家困惑的參數，應該是數值孔徑NA了吧。

遠心鏡頭中提到的數值孔徑NA指像方數值孔徑，數值孔徑NA值越大，鏡頭分辨率和亮度越佳。數值孔徑NA與物方分辨率的對應關系為：

                                                                                      物方分辨率=，λ為測試光波長。


一般遠心鏡頭參數中，也會給出鏡頭可匹配的像元大小。如果參數中并沒有給出鏡頭的良配怎么辦呢？不慌，不慌，一個公式解決煩惱：

匹配相機像元尺寸=物方分辨率*鏡頭倍率。


（2）雙遠心鏡頭
     雙遠心鏡頭常用參數相對于遠心鏡頭來說更容易理解。它包括倍率、物方分辨率、工作距離、景深、遠心度等。在這些參數中，各參數的對應關系與遠心鏡頭的對應關系相一致。需要特別解釋一下的，應該只有遠心度了。它是評價遠心鏡頭和雙遠心鏡頭好壞的重要參數之一。

遠心度是指主光線偏離光軸的角度。角度越小，遠心度越好，鏡頭的倍率誤差越小。在測量過程中的表現為：在景深范圍內，保證不同工作距下，物體的放大率是一樣的。它是彌補普通工業(yè)鏡頭“遠大近小”這一弊端的重要因素。

 


-------------雙遠心鏡頭優(yōu)勢

遠心鏡頭和雙遠心鏡頭常用于精密測量領域。在解釋完他們的光路原理和參數意義后，大家有沒有困惑，遠心鏡頭和雙遠心鏡頭在景深范圍內，工作距離都不會影響成像倍率，且畸變值都很小。那在選型過程中，如何取舍呢？雙遠心鏡頭當然是靠實力取勝啦。

雙遠心鏡頭相對于遠心鏡頭景深更大。當其他參數相同的情況下，雙遠心鏡頭的工作范圍比遠心鏡頭的工作范圍要大，可觀測的范圍更廣。當我們需要觀測的物體高度差比較大時，可以優(yōu)先考慮雙遠心鏡頭。

雙遠心鏡頭相對于遠心鏡頭遠心度也更高。在精密測量的選型過程中，如果對觀測物體精度要求很高時，雙遠心鏡頭會是一個更好的選擇。





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