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

  • 來源:光虎

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


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(yùn)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(jì),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(jì)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(huì)聚中心位于像方無窮遠(yuǎn)。這種鏡頭的特點(diǎn)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(huì)聚中心位于物方無限遠(yuǎn)。這種鏡頭的特點(diǎn)是在合理的活動(dòng)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(huì)發(fā)生改變,即測得的物體尺寸不會(huì)變化。根據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)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(diǎn),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(huì)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(jì)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(shí)際情況,從百萬只鏡頭中,挑選出適合我們的那一個(gè)。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

前面提到,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(huì)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(duì)應(yīng)關(guān)系為:

一般遠(yuǎn)心鏡頭參數(shù)中,也會(huì)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(gè)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(duì)于遠(yuǎn)心鏡頭來說更容易理解。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(duì)應(yīng)關(guān)系與遠(yuǎn)心鏡頭的對(duì)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(píng)價(jià)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(huì)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(shí)力取勝啦。
雙遠(yuǎn)心鏡頭相對(duì)于遠(yuǎn)心鏡頭景深更大。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,可觀測的范圍更廣。當(dāng)我們需要觀測的物體高度差比較大時(shí),可以優(yōu)先考慮雙遠(yuǎn)心鏡頭。
雙遠(yuǎn)心鏡頭相對(duì)于遠(yuǎn)心鏡頭遠(yuǎn)心度也更高。在精密測量的選型過程中,如果對(duì)觀測物體精度要求很高時(shí),雙遠(yuǎn)心鏡頭會(huì)是一個(gè)更好的選擇。


【來源:光虎光學(xué)內(nèi)部培訓(xùn)資料】



光虎光學(xué)專業(yè)生產(chǎn)由德國設(shè)計(jì)的工業(yè)鏡頭。
以高精度雙遠(yuǎn)心鏡頭為核心,涵蓋高性能FA定焦鏡頭、變倍鏡頭等產(chǎn)品。
可實(shí)現(xiàn)為客戶定制化研發(fā)生產(chǎn)。光虎光學(xué)還代理歐美日機(jī)器視覺全系列產(chǎn)品。
如面陣與線掃工業(yè)相機(jī)、智能相機(jī)、3D相機(jī)、紅外與紫外相機(jī)、光源、圖像采集卡、機(jī)器視覺軟件及其他周邊產(chǎn)品。



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