工业视觉的“火眼金睛”远心镜头

随着机器视觉技术的不断提高，工业生产应用机器视觉系统也越来越广泛，大大提高了工厂的效率，而有时候采集的图像有些扭曲变形，也就是失真，图像失真又叫“畸变”，远心镜头就是为纠正传统工业镜头视差而设计的一种镜头，拥有超低失真度和超高清晰度。

远心镜头

·高分辨率

·超宽景深

·超低畸变、平行光设计

远心镜头是指主光线平行于镜头光轴，被测物光线角度为0°的镜头。它一种特殊的光学镜头，其核心原理在于其在光学系统的焦点位置放置了孔径光阑，这一设计使得只有平行于光轴的光线才能被光学器件捕捉到。

远心镜头能够在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会因物体离镜头的远近而变化。在生产线上即使是出现工件的上下浮动或焦距偏移的情况下，工件尺寸的变动较小几乎不会出现检测尺寸误差。适合用于高精度尺寸检测、定位应用。

远心镜头的分类

物方远心镜头

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，物方主光线平行于光轴主光线的会聚中心位于物方无限远。这种镜头可以消除物方由于调焦不准确带来的读数误差。

像方远心镜头

像方远心镜头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像方无限远。这种镜头可以消除像方调焦不准引入的测量误差。

双远心镜头

双远心镜头在物体侧和成像侧都是远心的，即使在相机不能保证总是处于光路中的精确位置的情况下，双远心镜头也能提供恒定的放大率。这种双远心镜头经常与准直背光光源一起使用，以保证高对比度图像，从而实现精确的图像测量。

远心光学系统特性

非远心镜头 物方侧远心镜头 双远心镜头

非远心镜头

优点：更小尺寸。

减少镜片数量,可降低成本。

缺点：上下移动物体表面时，会改变尺寸或位置。

物方远心镜头

优点：上下移动物体表面时,不会改变物体尺寸或位置使用同轴光源时,可使用更小的尺寸。

缺点：未使用同轴光源时,大于标准镜头的尺寸。

双远心镜头

优点：与普通远心镜头相似。但镜头凸缘后端的尺寸

出现极大差异时,会改善精确度。

缺点：与普通远心镜头相似，但是成本会更高。

远心镜头与定焦镜头的区别

通过光源的散热器部分成像效果，我们来看看定焦镜头和远心镜头的区别。当用定焦镜头进行工件外观尺寸测量时，由于被测工件的侧面被定焦镜头产生的视角(AOV)反射，无法准确测量尺寸；当用远心镜头进行测量时，由于视角(AOV) 为0°，工件侧面不会被视角反射，能获得适合外观尺寸测量的图像。

定焦镜头成像

远心镜头成像

由于物体前后深度方向上误差很小，成像位置上被测物光学图像大小，不受从镜头到被测物的距离(WD)的影响，这是远心镜头很重要的特征之一。像方远心镜头的成像效果与定焦镜头一样。远心镜头就其本质而言是视野越大，镜头尺寸就越大。

远心镜头的光源

有些远心镜头机型的镜筒侧边安装有同轴外照射光。同轴外照射光原理是利用镜头内部分束器弯曲光线使其在正上方照射被测工件，获得正反射光。同轴落射照明可以突出反射率高的工件上表面的凹痕和不规则部分。

表面粗糙，低反射率的镜头盖远心镜头成像效果如下图所示，当同轴落射照明照射在表面粗糙的工件上时，由于透镜的结构，其反射率很低，同轴落射照明可能会导致图像的中心非常明亮。这个现象称为“热点”，低倍远心镜头更容易受到“热点”现象影响。

镜头盖成像

模拟同轴照明

同轴落射照明

对于反射率低的被测工件，可以使用模拟同轴光源，能够均匀地照亮被测工件。这时候不发生“热点”，光源大小以及与被测工件距离等细节可以调整，模拟同轴照明也有缺点，如机身大小上面。应根据视场、工件状况和安装环境选择适当的照明。

远心镜头（telecentric lens）由于视场角为0°，被测物侧面不会被成像，广泛运用于工件外观测量等，如汽车制造中的发动机零部件、车身零部件的尺寸测量，以及电子设备制造中的芯片、电路板上元件的尺寸检测等。