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远心镜头是什么 远心镜头的原理及作用

2016-06-13 11:56:02 来源:互联网 有...人评论

[摘要] 工业镜头是机器视觉系统中十分重要的成像元件,系统若想完全发挥其功能,工业镜头必须要能够满足要求才行。21世纪初,随着机器视觉系统...

  工业镜头是机器视觉系统中十分重要的成像元件,系统若想完全发挥其功能,工业镜头必须要能够满足要求才行。21世纪初,随着机器视觉系统在精密检测领域的广泛应用,普通工业镜头难以满足检测要求,为弥补普通镜头应用之不足,适应精密检测需求,远心镜头应运而生。

  远心镜头依据其独特的光学特性:高分辨率、超宽景深、超低畸变以及独有的平行光设计等,给机器视觉精密检测带来质的飞跃。远心镜头依据其独特的光学特性:高分辨率、超宽景深、超低畸变以及独有的平行光设计等,给机器视觉精密检测带来质的飞跃。
远心镜头 
  定义

  远心镜头(Telecentric),主要是为纠正传统工业镜头视差而设计,它可以在一定的物距范围内,使得到的图像放大倍率不会变化,这对被测物不在同一物面上的情况是非常重要的应用。远心镜头由于其特有的平行光路设计一直为对镜头畸变要求很高的机器视觉应用场合所青睐。

  原理优势

  远心镜头设计目的就是消除由于被测物体(或CCD芯片)离镜头距离的远近不一致,造成放大倍率不一样。根据远心镜头分类设计原理分别为:

  1)物方远心光路设计原理及作用:

  物方远心光路是将孔径光阑放置在光学系统的像方焦平面上,物方主光线平行于光轴主光线的会聚中心位于像方无限远,称之为:物方远心光路。其作用为:可以消除物方由于调焦不准确带来的,读数误差。
物方远心光路设计原理及作用 
  物方远心镜头设计原理图物方远心镜头设计原理图

  2)像方远心光路设计原理及作用:

  像方远心光路是将孔径光阑放置在光学系统的物方焦平面上,像方主光线平行于光轴主光线的会聚中心位于物方无限远,称之为:像方远心光路。其作用为:可以消除像方调焦不准引入的测量误差。
像方远心光路设计原理及作用 
  像方远心镜头设计原理图像方远心镜头设计原理图

  3)两侧远心光路设计原理及作用:

  综合了物方/像方远心的双重作用。主要用于视觉测量检测领域。
两侧远心光路设计原理及作用 
  应用优势

  远心镜头主要应用于精密测量。在精密光学测量系统中,由于普通光学镜头会存在一定的制约因素,如影像的变形、视角选择而造成的误差、不适当光源干扰下造成边界的不确定性等问题,进而影响测量的精度。而远心镜头(Telecentric镜头)能有效降低甚至消除上述问题,因此Telecentric镜头已经成为精密光学量测系统决定性的组件,其应用领域也越来越广泛。

  如何选择

  这些年机器视觉在中国发展迅速,大家在系统集成中对普通镜头的选型已经有了一定了解,但是对远心镜头的选型还经常是一头雾水,即便在技术人员的帮助下选择完镜头,在使用过程中还是不知道该注意哪些问题。针对这个问题,远心镜头和相机的匹配选择原则和普通工业镜头是一样的,只要其靶面的规格大于或等于相机的靶面即可。使用过程中请留意,在远心镜头的物镜垂直下方区域范围的都是远心成像,而超出此范围的区域,就不是严格意义上的远心成像了,这点在实际的使用中一定要注意,否则会产生不必要的偏差。

  客户在选择远心镜头时,首先应明白在什么时候需要时选择远心镜头。根据远心镜头原理特征及独特优势,当检查物体遇到以下6中情况时,最好选用远心镜头:

  1)当需要检测有厚度的物体时(厚度>1/10 FOV直径);2)需要检测不在同一平面的物体时;3)当不清楚物体到镜头的距离究竟是多少时;4)当需要检测带孔径、三维的物体时;5)当需要低畸变、图像效果亮度几乎完全一致时;6)当缺陷只在同一方向平行照明下才能检测到时。

  根据使用情况(物体尺寸和需要的分辨率)选择物方尺寸合适的物方镜头和CCD或CMOS相机,同时得到像方尺寸,即可计算出放大倍率,然后根据产品列表选择合适的像方镜头。选择过程中还应注意景深指标的影响,因为像/物倍率越大景深越小,为了得到合适的景深,可能还需要重新选择镜头。

  与普通镜头对比

  远心工业镜头主要是为纠正传统工业镜头的视差而特殊设计的镜头,它可以在一定的物距范围内,使得到的图像放大倍率不会随物距的变化而变化,这对被测物不在同一物面上的情况是非常重要的应用。

  普通工业镜头目标物体越靠近镜头(工作距离越短),所成的像就越大。在使用普通镜头进行尺寸测量时,会存在如下问题:

  1)由于被测量物体不在同一个测量平面,而造成放大倍率的不同;2)镜头畸变大;3)视差也就是当物距变大时,对物体的放大倍数也改变;4)镜头的解析度不高;5)由于视觉光源的几何特性,而造成的图像边缘位置的不确定性。

  而远心镜头就可以有效解决普通镜头存在的上述问题,而且没有此性质的判断误差,因此可用在高精度测量、度量计量等方面。远心镜头是一种高端的工业镜头,通常有比较出众的像质,特别适合于尺寸测量的应用。

  无论何处,在特定的工作距离,重新调焦后会有相同的放大倍率,因为远心镜头的最大视场范围直接与镜头的光栏接近程度有关,镜头尺寸越大,需要的现场就越大。远心测量镜头能提供优越的影像质素,畸变比传统定焦镜头小,这种光学设计令影像面更对称,可配合软件进行精密测量

  普通镜头优点:成本低,实用,用途广。

  普通镜头缺点:放大倍率会有变化,有视差。

  普通镜头应用:大物体成像。

  远心镜头的优点:放大倍数恒定,不随景深变化而变化,无视差。

  远心镜头的缺点:成本高,尺寸大,重量重。

  远心镜头的应用:度量衡方面,基于CCD方面的测量,微晶学
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