什么是遠(yuǎn)心鏡頭

什么是遠(yuǎn)心鏡頭篇一：遠(yuǎn)心鏡頭的原理、應(yīng)用范圍及其選型

工業(yè)鏡頭是機(jī)器視覺采集系統(tǒng)的重要組成局部，遠(yuǎn)心鏡頭是鏡頭大家族中相對年輕的成員，并且正以其獨特的性能，成為最仁慈的明星。但是，也因為遠(yuǎn)心鏡頭被引入時間比擬短，其很多特性還未廣泛的為人們所熟知，本文即是本著向大家介紹遠(yuǎn)心鏡頭根底知識的原那么，從遠(yuǎn)心鏡頭的原理，應(yīng)用范圍，選型方法三個方面，對其進(jìn)展綜合闡述，揭秘光在遠(yuǎn)心系統(tǒng)里經(jīng)歷的神秘的藝術(shù)之旅。

第一局部：遠(yuǎn)心鏡頭的原理說明

首先，我們從非遠(yuǎn)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(dāng)工作間隔發(fā)生變化時，其所成圖像大小會相應(yīng)的發(fā)生變化，造成的結(jié)果就是同一個焦距的鏡頭，對應(yīng)不同的物距，將會有不同的放大倍率，這一現(xiàn)象跟人類視覺系統(tǒng)的近大遠(yuǎn)小視覺差類似。這一問題在某些應(yīng)用場合是可以被忽略甚至加以利用的，但是當(dāng)我們的視覺系統(tǒng)被用來執(zhí)行精細(xì)測量任務(wù)時，這一特性那么會成為極大的阻礙。第二個問題，普通的鏡頭都存在一定范圍的景深，當(dāng)被測物體不在鏡頭的景深范圍內(nèi)時，圖像就會變得模糊，無法明晰聚焦，為此，設(shè)計師們在普通鏡頭上設(shè)計了調(diào)焦環(huán)，當(dāng)工作間隔發(fā)生變化時，可以通過調(diào)節(jié)對焦面來看清楚感興趣的區(qū)域。問題是，假設(shè)被測物體本身的深度超出了一定范圍，鏡頭始終沒方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，隨著如今成像芯片分辨率的不斷進(jìn)步，用戶對測量精度的要求也越來越苛刻，普通的鏡頭受制于其光學(xué)成像的原理，最好的也只能做到10um左右，視覺檢測領(lǐng)域需要精度更高的成像產(chǎn)品。

雙遠(yuǎn)心鏡頭即是為理解決這些問題應(yīng)運而生的。雙遠(yuǎn)心鏡頭通過在光學(xué)系統(tǒng)的中間位置放置孔徑光闌，使主光線一定通過孔徑中心點，那么物體側(cè)和成像側(cè)的主光線一定平行于光軸進(jìn)入鏡頭。入射平行光保證了足夠大的景深范圍，從鏡頭出來的平行光那么保證了即是工作間隔在景深范圍內(nèi)發(fā)生大幅度變化，成像的高度也就是放大倍率不會發(fā)生變化。

第二局部：遠(yuǎn)心鏡頭使用范圍

什么情況下應(yīng)該選用遠(yuǎn)心鏡頭呢1)當(dāng)被檢測物體厚度較大，需要檢測不止一個平面時，典型應(yīng)用如食品盒，飲料瓶等。

2)當(dāng)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(dāng)被測物體在被檢測過程中上下跳動，如消費線上下震動導(dǎo)致工作間隔發(fā)生變化時。

4)當(dāng)被測物體帶孔徑、或是三維立體物體時。

5)當(dāng)需要低畸變率、圖像效果亮度幾乎完全一致時。

6)當(dāng)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(dāng)需要超過檢測精度時，如容許誤差為1um。

第三局部：遠(yuǎn)心鏡頭的選型方法

遠(yuǎn)心鏡頭的選型方法其實跟普通光學(xué)系統(tǒng)中的鏡頭類似，需要關(guān)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(yuǎn)心鏡頭兼容的CCD靶面大于或等于配套的相機(jī)靶面，否那么會造成分辨率的浪費。

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

放大倍率，或成像范圍。當(dāng)放大倍率和CCD靶面確定時，成像范圍即確定，反之亦然。

工作間隔。一般以上三點選定的情況下，工作間隔已經(jīng)確定在一個范圍之內(nèi)，這是其成像光路決定的。需要注意的就是此工作間隔是否滿足實際使用要求。中選用遠(yuǎn)心系統(tǒng)進(jìn)展檢測時，我們建議先選定鏡頭，根據(jù)其工作間隔設(shè)計其他機(jī)械構(gòu)造。

景深范圍。在滿足前面幾個使用條件的前提下，景深范圍越大，說明遠(yuǎn)心系統(tǒng)的光學(xué)特性越好，在選型時可作為參考。

因為遠(yuǎn)心鏡頭的這些特性，導(dǎo)致其消費工藝要求非常高，所以目前主要的消費廠家都在國外，維視圖像作為國內(nèi)領(lǐng)先的遠(yuǎn)心光學(xué)自主品牌，其BT系列雙遠(yuǎn)心產(chǎn)品以其超高的精度，穩(wěn)定性和性價比，正在獲得越來越多客戶的認(rèn)可，希望在遠(yuǎn)心光學(xué)這條路上，我們能陪伴您一起成長，為機(jī)器視覺這個大家庭的建立，奉獻(xiàn)自己的一份力量。

篇二：遠(yuǎn)心鏡頭

1.1.5遠(yuǎn)心物鏡

在測量系統(tǒng)中，物距常發(fā)生變化，從而使像高發(fā)生變化，所以測得的物體尺寸也發(fā)生變化，即產(chǎn)生了測量誤差；另一方面，即使物距是固定的，也會因為CCD敏感外表不易準(zhǔn)確調(diào)整在像平面上，同樣親會產(chǎn)生測量誤差。為理解決上述問題，可以采用遠(yuǎn)心物鏡。其中像方遠(yuǎn)心物鏡可以消除物距變化帶來的測量誤差，而物方遠(yuǎn)心物鏡那么可以消除CCD位置不準(zhǔn)帶來的測量誤差。

1〕物方遠(yuǎn)心物鏡

物方遠(yuǎn)心物鏡是將孔徑光闌放置在光學(xué)系統(tǒng)的像方焦平面上，圖1.1－23示出，當(dāng)孔徑光闌放在像方焦平面上時，即使物距發(fā)生改變，像距也發(fā)生改變，但像高并沒有發(fā)生改變，即測得的物體尺寸不會變化；圖1.1－24清楚地顯示出物方遠(yuǎn)心光路的原理，其中孔徑光闌位于像方焦面上，物方主光線平行于光軸。假設(shè)物體B1B2正確地位于與CCD外表M共軛的位置A1上，那么它在CCD外表上的像為M1M2。假設(shè)由于物距改變，物體B1B2不在位置A1而在位置A2，那么它的像B′1B′2偏離CCD外表，B′1和B′2點在CCD外表上投影為一個彌散斑，其中心仍為M1和M2點，按此投影像讀出的長度仍為M2M1。這就是說，上述物距改變并不影響測量精度。

圖1－23

2〕像方遠(yuǎn)心光路

像方遠(yuǎn)心光路是將孔徑光闌放置在光學(xué)系統(tǒng)的物方焦平面上，而像方的主光線平行于光軸。如圖1.1－25所示。假設(shè)物體B1B2的像B′1B′2不與CCD外表M重合，那么在CCD表

面M上得到的是B′1B′2的投影像，其散斑中心間隔M1M2＝B′1B′2。因此，不管CCD外表M是否和B′1B′2相重合，它和標(biāo)尺所對應(yīng)的長度總是B1B2，所以沒有測量誤差。

圖1－24

圖1.1－25像方遠(yuǎn)心光路

1.1.6遠(yuǎn)距物鏡

遠(yuǎn)距物鏡是一種焦距很長而鏡筒較短的物鏡，從物鏡前外表到像平面的間隔小于焦距，這對于長焦距物鏡來說，有利于縮短物鏡的軸向尺寸。

遠(yuǎn)距型構(gòu)造采取正負(fù)光焦度別離的型式，正光焦度的透鏡組在前，負(fù)光焦度的透鏡組在后，如圖1.1－26所示。整個系統(tǒng)的主面移出物鏡之外，使得物鏡的筒長—物鏡前外表到焦面的間隔小于焦距，從而縮小了物鏡的構(gòu)造尺寸。在這里，筒長與焦距之比L/f′稱為遠(yuǎn)距比。遠(yuǎn)距比是遠(yuǎn)距物鏡的重要指標(biāo)，通常遠(yuǎn)距比小于1，并且越小越好。

按照上述原理構(gòu)成的遠(yuǎn)距物鏡，構(gòu)造型式是各種各樣的，尤其是前組，由于負(fù)擔(dān)較大的光焦度，構(gòu)造一般要比后組復(fù)雜。

圖1.1－26遠(yuǎn)距物鏡的高斯光學(xué)

前組為三透鏡構(gòu)造，如圖1.1－27所示，它的相對孔徑為1：4。

圖1.1－27遠(yuǎn)攝物鏡

1.1.7反遠(yuǎn)距物鏡

反遠(yuǎn)鏡是一種焦距較短而后截距很長的物鏡，這樣，在物鏡和CCD之間可以參加分光鏡，以實現(xiàn)取景等作用。這種物鏡的構(gòu)造大多是具有負(fù)的前組鏡和正的后組鏡，見圖1.1－28。

反遠(yuǎn)距物鏡的孔徑光闌和出射光瞳幾乎重合并位于第二鏡組的主平面上〔圖1.1－28a〕，也可以將孔徑光闌位于第二鏡組前焦點附近〔圖1.1－28b〕。在這種情況下，像空間中主光線為遠(yuǎn)心光路這一設(shè)計原理是最理想的，但是在相對孔徑大的物鏡中難以實現(xiàn)。

圖1.1－28反遠(yuǎn)距攝影物鏡的光路圖

按照上述構(gòu)造設(shè)計的反遠(yuǎn)距物鏡，前組和后組有各種各樣的構(gòu)造型式。負(fù)光焦度的前組從一個單片透鏡直到非常復(fù)雜的構(gòu)造，而正光焦度的后組往往采用Petzval型、三片型、雙高斯型以及它們的復(fù)雜化構(gòu)造。前組為單片透鏡而后組為三片型、雙高斯型的反遠(yuǎn)距物鏡，如圖1.1－29所示，是反遠(yuǎn)距物鏡最簡單的構(gòu)造。它們的工作間隔與焦距相當(dāng)，視場角為60°左右，而相對孔徑為1：3.5～1：2.5。

圖1.1－29前組為單負(fù)透鏡、后組為三片型的反遠(yuǎn)距物鏡

1.1.8畸變物鏡

畸變物鏡可以在它的像中預(yù)先引入規(guī)定的畸變。當(dāng)物鏡存在很大的負(fù)畸變時，實際上可以拍攝角視場超過180°的物空間。這種物鏡用于宇航研究、氣像測量中。像的大小不是按式y(tǒng)′=－f′tanω確定，而是，例如按下式確定：y′=－f′sinω。在后一情況中，當(dāng)－ω＝90o時，將得到y(tǒng)′=f′，即像幅的對角線為焦距的兩倍。

畸變物鏡的原理圖如圖1.1－30a所示。吉柳在1930年首先成功地實現(xiàn)了角視場180o和相對孔徑1：22的畸變物鏡〔圖1.1－30b〕。畸變物鏡可以按照反遠(yuǎn)距物鏡的光路圖作

出。第一組由一或二個透鏡組成，并造成很大的畸變〔圖c、d〕。第二透鏡組用于校正像差，以便獲得明晰的像。

為了研制超廣角物鏡，像場角余弦四次方的影響是最大的障礙。但是由于負(fù)的畸變，在像場邊緣上光束深縮，因此在像場邊緣上實際光學(xué)密度并不比視場中心低。

圖1.1－30畸變物鏡的光學(xué)系統(tǒng)圖

篇三：遠(yuǎn)心鏡頭--慕藤光

慕藤光遠(yuǎn)心鏡頭知識大集合

遠(yuǎn)心鏡頭設(shè)計原理

遠(yuǎn)心鏡頭設(shè)計目的就是消除由于被測物體〔或CCD芯片〕離鏡頭間隔的遠(yuǎn)近不一致，造成放大倍率不一樣。根據(jù)遠(yuǎn)心鏡頭分類設(shè)計原理分別為：

1〕物方遠(yuǎn)心光路設(shè)計原理及作用：

物方遠(yuǎn)心光路是將孔徑光闌放置在光學(xué)系統(tǒng)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像方無限遠(yuǎn)，稱之為：物方遠(yuǎn)心光路。其作用為：可以消除物方由于調(diào)焦不準(zhǔn)確帶來的，讀數(shù)誤差。

2〕像方遠(yuǎn)心光路設(shè)計原理及作用：

像方遠(yuǎn)心光路是將孔徑光闌放置在光學(xué)系統(tǒng)的物方焦平面上，像方主光線平行于光軸主光線的會聚中心位于物方無限遠(yuǎn)，稱之為：像方遠(yuǎn)心光路。其作用為：可以消除像方調(diào)焦不準(zhǔn)引入的測量誤差。

3〕兩側(cè)遠(yuǎn)心光路設(shè)計原理及作用：

綜合了物方/像方遠(yuǎn)心的雙重作用。主要用于視覺測量檢測領(lǐng)域。

遠(yuǎn)心鏡頭應(yīng)用你知多少

遠(yuǎn)心鏡頭最重要的優(yōu)點之一是物體間隔變化并不影響圖像的放大倍率。遠(yuǎn)心鏡頭從一樣的視角來觀察和顯示整個物體，因此，不會出現(xiàn)類似使用標(biāo)準(zhǔn)鏡頭時三維特征出現(xiàn)的透視變形和圖像位置錯誤。即使在深孔內(nèi)部的物體，在整個視野中也明晰可見，因此，在檢測三維物體時或當(dāng)圖像尺寸和形狀準(zhǔn)確性非常重要的情況下，遠(yuǎn)心鏡頭非常有用。

1.機(jī)械零件測量

遠(yuǎn)心鏡頭最普遍的應(yīng)用就是測量精細(xì)機(jī)械零件。遠(yuǎn)心鏡頭主要用于控制精細(xì)機(jī)械零件，如：彈簧、螺絲、螺母和墊圈等。

2.塑料零件測量

遠(yuǎn)心鏡頭的另一個主要應(yīng)用是測量橡膠密封件、O型環(huán)和塑料蓋帽。由于在搬動、擺弄時極易形變，這些零件需要完全無接觸的光學(xué)測量技術(shù)。

3.玻璃制品與醫(yī)藥零件測量

許多制藥玻璃器皿如卡普爾、小瓶、膠囊和管形瓶等，一般都采用遠(yuǎn)心鏡頭測量，以保證完全密封、防止器皿損傷。在飲料制造業(yè)中也有相似應(yīng)用，例如測量玻璃瓶頸的螺紋線。注射器等其它醫(yī)藥被動器件，同樣也需要遠(yuǎn)心檢驗技術(shù)。

4.電子元件測量

許多其它元器件〔如電阻、三極管和集成電路〕需要小型遠(yuǎn)心鏡頭檢查其完好性、尺寸、規(guī)格、位置與插腳的彎度，電子圖板需檢測各元件的間距。最近，太陽能電池組件的傳動裝置也需由近紅外遠(yuǎn)心鏡頭檢測其完好性。

5.特殊用途

遠(yuǎn)心鏡頭還有一些其它應(yīng)用途徑，如：1〕粒子測量；2〕印刷業(yè)高精度色彩測量；3〕光刻罩層測量；4〕濾波器控制；5〕b血液分析與細(xì)胞計量。

遠(yuǎn)心鏡頭與普通鏡頭的區(qū)別

慕藤光帶你去解剖遠(yuǎn)心鏡頭與普通鏡頭的區(qū)別，遠(yuǎn)心工業(yè)鏡頭主要是為糾正傳統(tǒng)工業(yè)鏡頭的視差而特殊設(shè)計的鏡頭，它可以在一定的物距范圍內(nèi)，使得到的圖像放大倍率不會隨物距的變化而變化，這對被測物不在同一物面上的情況是非常重要的應(yīng)用。

普通工業(yè)鏡頭目的物體越靠近鏡頭〔工作間隔越短〕，所成的像就越大。在使用普通鏡頭進(jìn)展尺寸測量時，會存在如下問題：

1〕由于被測量物體不在同一個測量平面，而造成放大倍率的不同；

2〕鏡頭畸變大

3〕視差也就是當(dāng)物距變大時，對物體的放大倍數(shù)也改變；

4〕鏡頭的解析度不高；

5〕由于視覺光源的幾何特性，而造成的圖像邊緣位置的不確定性。

而遠(yuǎn)心鏡頭就可以有效解決普通鏡頭存在的上述問題，而且沒有此性質(zhì)的判斷誤差，因此可用在高精度測量、度量計量等方面。遠(yuǎn)心鏡頭是一種高端的工業(yè)鏡頭，通常有比擬出眾的像質(zhì)，特別適宜于尺寸測量的應(yīng)用。

無論何處，在特定的工作間隔，重新調(diào)焦后會有一樣的放大倍率，因為遠(yuǎn)心鏡頭的最大視場范圍直接與鏡頭的光欄接近程度有關(guān)，鏡頭尺寸越大，需要的現(xiàn)場就越大。遠(yuǎn)心測量鏡頭能提供優(yōu)越的影像質(zhì)素，畸變比傳統(tǒng)定焦鏡頭小，這種光學(xué)設(shè)計令影像面更對稱，可配合軟件進(jìn)展精細(xì)測量。

普通鏡頭優(yōu)點：本錢低，實用，用途廣。

普通鏡頭缺點：放大倍率會有變化，有視差。

普通鏡頭應(yīng)用：大物體成像。

遠(yuǎn)心鏡頭的優(yōu)點：放大倍數(shù)恒定，不隨景深變化而變化，無視差。

遠(yuǎn)心鏡頭的缺點：本錢高，尺寸大，重量重。

遠(yuǎn)心鏡頭的應(yīng)用：度量衡方面，基于CCD方面的測量，微晶學(xué)

慕藤光教你選擇適宜的遠(yuǎn)心鏡頭

客戶在選擇遠(yuǎn)心鏡頭時，首先應(yīng)明白在什么時候需要選擇遠(yuǎn)心鏡頭。大家在系統(tǒng)集成中對普通鏡頭的選型已經(jīng)有了一定理解，但是對遠(yuǎn)心鏡頭的選型還經(jīng)常是一頭霧水，即便在技術(shù)人員的幫助下選擇完鏡頭，在使用過程中還是不知道該注意哪些問題。

針對這個問題，慕藤光技術(shù)人員告訴大家，遠(yuǎn)心鏡頭和相機(jī)的匹配選擇原那么和普通工業(yè)鏡頭是一樣的，只要其靶面的規(guī)格大于或等于相機(jī)的靶面即可。使用過程中請留意，在遠(yuǎn)心鏡頭的物鏡垂直下方區(qū)域范圍的都是遠(yuǎn)心成像，而超出此范圍的區(qū)域，就不是嚴(yán)格意義上的遠(yuǎn)心成像了，這點在實際的使用中一定要注意，否那么會產(chǎn)生不必要的偏向。

根據(jù)遠(yuǎn)心鏡頭原理特征及獨特優(yōu)勢，當(dāng)檢查物體遇到以下6中情況時，最好選用遠(yuǎn)心鏡頭：

1〕當(dāng)需要檢測有厚度的物體時〔厚度>1/10FOV直徑〕；

2〕需要檢測不在同一平面的物體時；

3〕當(dāng)不清楚物體到鏡頭的間隔終究是多少時；

4〕當(dāng)需要檢測帶孔徑、三維的物體時；

5〕當(dāng)需要低畸變、圖像效果亮度幾乎完全一致時；

6〕當(dāng)缺陷只在同一方向平行照明下才能檢測到時。

選擇遠(yuǎn)心鏡頭，首先應(yīng)明白遠(yuǎn)心鏡頭相關(guān)指標(biāo)對應(yīng)使用條件：

1〕物方尺寸------拍攝范圍。

2〕像方尺寸------使用的CC