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什么是远心镜头 远心镜头的原理

发展历程

工业镜头是机器视觉系统中重要的意义要素,系统若想完全发挥其功能,工业镜头必须能够满足要求

远心镜头

才行。21,随着机器视觉系统在精密检测领域的广泛应用,普通工业镜头无法满足检测要求,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。

远心镜头利用其独特的光学特性:高分辨率、超宽景深、超低畸形变以及强调的平行线光设计等,给机器精密检测带来质世界著名的镜头厂商有美国Navitar、德国施奈德、意大利Opto Engineering、日本Kowa、中国艾菲特(Aftvision)等都已经有了自己品牌的远心镜头产品线。[1]

定义

远心镜头(Telecentric),主要是为修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,这对被测物非同一物侧面的情况是非常的应用。远心镜头由于其有平行光路设计一直为对镜头畸变要求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:

物方主光线平行于光轴主光线的会聚中心位于像方无限远,称为:物方远心光路。其作用为:可以消除因调焦不准确带来的物方,读书笔记。

2)像方远心光路设计原理及作用:

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,称为:像方远心光路。其作用为:可以消除像方调焦不准导入的测量托盘。

3)曼哈顿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。用于视觉测量检测领域。

参数选择

技术参数

1)高图像分辨率

图像分辨率一般用于量化图像传感器信号空间频率获取的CTF(对比度传递函数)最少,单位为lp/mm(每毫米线连接数)。大多数机器集成器往往只是集合大量的低像素、低分辨率镜头,最终只能生成模糊的图像。而采用AFT远心镜头,即使是配合小像素像素图像传感器(如5.5百万像素像素,2/3"),也能生成高分辨率图像。

2)近乎零失真度

畸变即时视觉大小与图像传感器测量大小的偏差百分比。普通机器镜头通常有1~2个的误差变化,可能严重影响测量时的精确水平。相比之下,AFT光电公司的远心镜头通过严格的加工制造和质量检验,工件工件严格控制在0.1以下。

3)无工件工件

在计量学应用中进行精密线性测量时,需要经常从工件标准正面(不包括死亡)起始。另外,许多机械零件并无法精确放置,测量时间完全也在不断地变化。而软件工程师却需要能够精确反映视觉的图像。远心镜头完美解决更困惑:因为判断光瞳可位于无穷远处,成像时接收平行光轴的主光线。

4)远心设计与超宽景深

艾菲特光电公司只需生产的AFT双远心镜头不仅能利用虹膜与放大倍率增强自然景深,另外非远心镜头完美比拟的光学效果:在一定物距范围内移动物体时成像不变,亦即放大倍率不变。

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的了解,但是对远心镜头的选型还常常是一头雾水,甚至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,Aftvision光电公司技术部王经理介绍到,心心镜头和相机的匹配原则选择和普通工业镜头是一样的,只要其靶面的规格大于或等于照度的靶面即可。使用过程中请注意,在远心镜头的物镜垂直下方区域范围的都是远心理论,而超出此范围的区域,就不是严格意义上的远心理论了,这一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这时,首先应弄清楚在什么时候需要选择远心镜头。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种情况时,最好选用远心镜头:

1)当需要检测有厚度的物体时(厚度gt;1/10 FOV直径);

2)需要检测不一致外形的物体时;

3)当不清晰视线到镜头的距离究竟是多少时;

4)当需要检测带孔径、三维的视线时;

5)当需要低畸变、图像效果亮度几乎完全时一致时;

6)当缺陷只在同一方向平行照明下才能检测到时。

选择远心镜头,首先应了解远心镜头相关指标对应使用条件:

1)像方尺寸------所在范围。

2)像方尺寸------使用CCD的靶面大小。

2)像方尺寸------使用的CCD的靶面大小。 >

3)工作距离------物体方镜头前表面距离拍摄物体的距离。

4)分辨率---------使用的CCD像素大小。

5)景深------------镜头能成噪声像的范围。像/物倍率越大景深越小。

6)接口------------相机接口,多为C,T等接口。

根据使用情况(物体尺寸和需要尺寸的分辨率)选择物方合适的物方镜头和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。

编辑本段基本分类

远心镜头主要分为物方远心镜头、像方远心镜头和曼哈顿远心镜头。

物方镜头

物方远心镜头将孔径光阑放置在光学系统的像方焦平面上,当孔径光突然放在像方焦平面上时,物距发生改变,即使像距也改变,但像高且没有发生尺寸改变,即测得的物体不会发生变化。物方远心镜头用于工业精密测量,畸变极小,恶化的可以达到无畸变。

像方远心镜头

像方远心镜头,通过在物方焦面上留下孔径光阑,使像方远心镜头方主光线平行于光轴,因此虽然CCD芯片的安装位置有改变,在CCD芯片上投影推断大小不变。

双侧镜头

双侧远心镜头兼于上面两种远心镜头的优点。在工业图像处理中,一般只使用物方远心镜头。偶尔也有使用马拉松远心镜头的,(当然价格更高)。而在工业图像处理/机器中视线这个领域里,像方远心镜头一般来说不会疲劳的,因此这个行业基本是不用它的。

编辑本段应用优势

远心镜头主要评价精密测量。

在精密光学测量系统中,由于普通镜头会存在一定的否定因素,如图像的变形、视角选择而造成的工件、不适当的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(远心镜头)有效降低甚至消除上述问题,因此远心镜头已经成为精密光学测测系统决定性的组件,其应用领域也越来越广泛。

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编辑本段与普通镜头对比

远心工业镜头主要是针对修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,这对被测物不相同物表面积的情况是非常重要的应用。

普通工业镜头目标物体越近镜头(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一个测量平面上,而造成放大倍率的不同;

2)镜头畸变变大

3)视差嗡当物距变大时,对物体的放大倍数也;改变

4 )镜头的解析度不高;

5)由于光源的几何特性,而造成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上述问题,而没有这种性质的精度测量,因此可以在高精度测量、近距离测量等方面。远心镜头是一种高端的工业镜头,通常有比较多出的像质,特别适合于尺寸测量的应用。

无论任何地方,在特定的工作距离,重新调整焦距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程度接近有关,镜头尺寸越大,需要的现场就越大。远心测量镜头能够提供极高的影像质素,畸变比传统定焦镜头小,这种光学设计令影像面更便捷,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:大目的成像。

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:焦平衡方面,基于CCD方面的测量,微晶学

更多资料请参考

远心镜头分类和应用检测场合 /news/2013-3-7/211.html

远心镜头应用简介

/server/yxjj-jieshao.html

远心工业镜头与普通工业镜头的不同

/News_View.asp?id=54

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