遠心鏡頭

遠心鏡頭通常分為物方遠心鏡頭、像方遠心鏡頭和雙側遠心鏡頭，在機器視覺領域，像方遠心鏡頭不起作用。

雙側遠心光路相對物方遠心，在一定范圍內，前后移動芯片位置，成像不變，這是它的一優勢，但高昂也價格是它的不足。

另一方面物方遠心可通過調節法蘭距，同時使用過程中法蘭距不發生大的變動，這時也能保證像質的良好，因此物方遠心鏡頭基本上可滿足大多數視覺系統中檢
測的需求。

 

二、遠心度

遠心度描述了主光線偏離於光軸的角度。角度越小遠心度越好，像就越精確。用來測量遠心度的是遠心靶板。測試時，測試靶板與光軸成45°放置，這樣靶板的底部與頂部距離鏡頭的遠近不同。當通過一個非遠心鏡頭成像時，靶板底部所成的像尺寸會小於頂部所成像的尺寸，這就是梯形畸變。一個完美的遠心鏡頭沒有梯形畸變，遠心度是0°

普通鏡頭例f=12mm，相機CCD為1/3″，觀察距離S=200mm，高為H=20mm的物體。如果物體由原位置移動了ds=1mm。

則高度值的變化dH=(ds/s).H=(1/200).20mm=0.1mm

遠心鏡頭中，這種比例尺的變化取決於遠心度θ。較好的遠心鏡頭遠心度為0.1°（1.7mrad）左右。這意味着，在與前面物體同樣移動1mm的情況下，測量值只變化了0.0017mm。

 

三、畸變：高質量的遠心鏡頭通常具有非常低的畸變度，其值在0.1%之內；盡管這個值看起來非常小，但由其導致的測量誤差會接近於高分辨率相機一個像素的大小。出於這個原因，在大多數應用中，畸變需要使用軟件來校准：將一個精細圖案（其幾何精度必須至少為所需測量精度的十倍）放置在景深中心；然后在幾個像點處計算出畸變，根據這些數據，軟件算法可以將原始圖像轉換成無畸變圖像。

畸變不僅取決於光學器件本身，還與被測物體的距離有關；因此，嚴格遵守額定工作距離是非常重要的。

建議將鏡頭與被測物體進行精密的垂直校准，這樣可以避免非同軸對稱畸變效應。梯形畸變（也稱為“梯形”或“薄棱鏡”效應）是光學檢測系統中另一個需要最小化的重要參數，因為它是非對稱的，且很難通過軟件進行校准。由於機械游隙或光學元件偏離中心，鏡頭對焦機構也會引入一些對稱或非對稱的畸變效應。

 

四、不存在邊緣位置不確定性

逆光拍攝物體時，往往很難確定其邊緣的確切位置。因為在黑暗的背景下，物體邊緣的亮像素往往會與暗像素重疊。此外，如果物體具有高度的三維形狀，邊界效應也會進一步限制測量精度；如下圖所示，光線以一定的入射角掠過物體邊緣，被其表面反射后依然會被鏡頭捕獲。鏡頭由此會認為這些光線來自物體后方；結果部分圖像片段可能消失，使得測量非常不精確且不穩定。

如果使用遠心鏡頭，則會大大減少普通成像鏡頭存在的邊界效應。

使用遠心鏡頭可以有效限制這種效應：如果瞳孔孔徑足夠小，那么可以進入鏡頭的唯一反射光將是那些近於平行主光軸的光線。

由於這些光線受到非常小的偏差影響，因此物體表面對其的反射不會損害測量精度。

想要完全解決這些問題，可以將准直（也稱為“遠心”）照明器連接到遠心鏡頭，並利用平行光源發散度處理好鏡頭孔徑與視場的匹配。這樣一來，來自照明器的所有光均由鏡頭收集並傳送給探測器，同時可實現極高的信噪比和難以置信的低曝光時間。另一方面，只有“預期的”光線進入成像鏡頭，這樣就不會出現邊界問題了。

准直（遠心）照明僅將預期光線投射到成像系統中。

 

 更大的景深

景深是物體從最佳焦點位置偏移的最大可接受值。超過這一值，圖像分辨率就變得很差，因為來自物體的光線不能在探測器上產生足夠小的光斑：光線攜帶的幾何信息分布在太多的圖像像素上而產生了模糊效應。景深基本上取決於光學器件的F值，該值與鏡頭光圈直徑成反比：f值越高景深越大，二者擬線性相關。增大F值會降低光錐的發散度，從而允許較小的光斑在探測器上形成；但是F值增大到一定值時會引起衍射效應，從而限制了最大可達到的分辨率。

當拍攝很厚的物體時，雙遠心度在獲得良好圖像對比度方面很有優勢：光學系統的對稱性以及光線的平行性促使圖像光斑保持對稱性，這樣可以降低模糊效應。這使得雙遠心光學器件的景深比非雙遠心的大20-30%。