【光學(xué)知識】像方遠(yuǎn)心、物方遠(yuǎn)心、雙遠(yuǎn)心鏡頭的區(qū)別

工業(yè)鏡頭是機(jī)器視覺系統(tǒng)中十分重要的成像元件，系統(tǒng)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(jī)器視覺系統(tǒng)在精密測量領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，普通工業(yè)鏡頭難以滿足要求，而遠(yuǎn)心鏡頭應(yīng)運而生。
遠(yuǎn)心鏡頭主要為矯正傳統(tǒng)工業(yè)鏡頭視差而設(shè)計，它可以在一定的物距范圍內(nèi)，使得到的圖像放大倍率不變，從而彌補(bǔ)普通工業(yè)鏡頭“近大遠(yuǎn)小”的視覺效果，滿足精密測量的要求。遠(yuǎn)心鏡頭按設(shè)計原理可分為：像方遠(yuǎn)心光路、物方遠(yuǎn)心光路和雙側(cè)遠(yuǎn)心光路。
光路原理
1）像方遠(yuǎn)心光路
像方遠(yuǎn)心光路的光路圖如下圖 。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(yuǎn)。這種鏡頭的特點是放大倍率與像距無關(guān)，可以消除像方調(diào)焦不準(zhǔn)引入的測量誤差。
2）物方遠(yuǎn)心光路
物方遠(yuǎn)心光路的光路圖如下圖。它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物方無限遠(yuǎn)。這種鏡頭的特點是在合理的活動范圍內(nèi)，物體的放大倍率與物距無關(guān)。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(jù)這個原理設(shè)計出來的鏡頭為物方遠(yuǎn)心鏡頭，簡稱遠(yuǎn)心鏡頭。
3）雙側(cè)遠(yuǎn)心光路
雙側(cè)遠(yuǎn)心光路就是我們常說的雙遠(yuǎn)心光路，光路圖如下圖。它綜合了像方遠(yuǎn)心和物方遠(yuǎn)心的雙重優(yōu)點，在景深范圍內(nèi)，物體離得遠(yuǎn)近或者相機(jī)離得遠(yuǎn)近，都不會影響到成像系統(tǒng)的放大倍數(shù)，即像不隨物距和相距的變化而變化。根據(jù)雙側(cè)遠(yuǎn)心光路設(shè)計出來的鏡頭為雙遠(yuǎn)心鏡頭。
鏡頭原型
正所謂“弱水三千，只取一瓢飲”。在遠(yuǎn)心鏡頭選型過程中，需要我們根據(jù)實際情況，從百萬只鏡頭中，挑選出適合我們的那一個。在了解了遠(yuǎn)心鏡頭的光路原理之后，讓我們來看看鏡頭參數(shù)的含義吧！
（1）物方遠(yuǎn)心鏡頭
**提到，物方遠(yuǎn)心鏡頭簡稱為遠(yuǎn)心鏡頭。遠(yuǎn)心鏡頭常用參數(shù)包括倍率、工作距離、物方分辨率、景深、數(shù)值孔徑na等。在眾多參數(shù)中，可能會讓大家困惑的參數(shù)，應(yīng)該是數(shù)值孔徑na了吧。
遠(yuǎn)心鏡頭中提到的數(shù)值孔徑na指像方數(shù)值孔徑，數(shù)值孔徑na值越大，鏡頭分辨率和亮度越佳。數(shù)值孔徑na與物方分辨率的對應(yīng)關(guān)系為：
一般遠(yuǎn)心鏡頭參數(shù)中，也會給出鏡頭可匹配的像元大小。如果參數(shù)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：
（2）雙遠(yuǎn)心鏡頭雙遠(yuǎn)心鏡頭常用參數(shù)相對于遠(yuǎn)心鏡頭來說較容易理解。它包括倍率、物方分辨率、工作距離、景深、遠(yuǎn)心度等。在這些參數(shù)中，各參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系與遠(yuǎn)心鏡頭的對應(yīng)關(guān)系相一致。需要特別解釋的一下，應(yīng)該只有遠(yuǎn)心度了。它是評價遠(yuǎn)心鏡頭和雙遠(yuǎn)心鏡頭好壞的重要參數(shù)之一。
遠(yuǎn)心度是指主光線偏離光軸的角度。角度越小，遠(yuǎn)心度越好，鏡頭的倍率誤差越小。在測量過程中的表現(xiàn)為：在景深范圍內(nèi)，保證不同工作距下，物體的放大率是一樣的。它是彌補(bǔ)普通工業(yè)鏡頭“近大遠(yuǎn)小”這一弊端的重要因素。
雙遠(yuǎn)心鏡頭優(yōu)勢遠(yuǎn)心鏡頭和雙遠(yuǎn)心鏡頭常用于精密測量領(lǐng)域。在解釋完他們的光路原理和參數(shù)意義后，大家有沒有困惑，遠(yuǎn)心鏡頭和雙遠(yuǎn)心鏡頭在景深范圍內(nèi)，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(yuǎn)心鏡頭當(dāng)然是靠實力取勝啦。雙遠(yuǎn)心鏡頭相對于遠(yuǎn)心鏡頭景深較大。當(dāng)其他參數(shù)相同的情況下，雙遠(yuǎn)心鏡頭的工作范圍比遠(yuǎn)心鏡頭的工作范圍要大，可觀測的范圍較廣。當(dāng)我們需要觀測的物體高度差比較大時，可以**考慮雙遠(yuǎn)心鏡頭。雙遠(yuǎn)心鏡頭相對于遠(yuǎn)心鏡頭遠(yuǎn)心度也較高。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(yuǎn)心鏡頭會是一個較好的選擇。
光虎光電科技（天津）有限公司專注于遠(yuǎn)心鏡頭,雙遠(yuǎn)心鏡頭,遠(yuǎn)心光源等