机器视觉用远心镜头
远心镜头主要指一种用于校正工业镜头视差的特殊镜头。
在使用工业镜头时，被测物体通常较近，导致图像看起来较远。这可能导致放大倍率变化、镜头畸变、分辨率低和边缘模糊等问题。这是因为物体通常不在测量平面上。
为了解决这些问题，机器视觉工程师发明了远心镜头。这种镜头在精密测量和计量方面具有明显的优势。
哪些应用应该使用远心镜头？
由于远心镜头具有独特的优势和特性，它们最适合在6种情况下检测物体。
- 当需要检测厚物体（厚度>为视场直径的1/10）时；
- 当需要检测不在同一平面的物体时；
- 当不清楚物体距离镜头有多远时；
- 当需要检测带有孔洞的三维物体时；
- 当需要低畸变和几乎完全一致的图像亮度时；
- 当缺陷只能在同方向的平行光下检测到时。
远心镜头 VS 普通镜头
机器视觉集成商知道，良好的光学系统对于提高系统性能至关重要。远心镜头是成像应用中精确尺寸测量的必要条件。软件工程师需要畸变极小的清晰图像来准确测量机械零件。机器视觉集成商理解使用良好光学系统以获得最佳系统性能的重要性。
远心镜头是成像应用中精确尺寸测量的关键。畸变极小的清晰图像对于软件工程师准确测量机械零件至关重要。适当的放置应最小化透视效应，因为透视效应可能导致三维物体放大倍率的变化。
- 因物体位移导致的放大倍率变化
- 图像畸变
- 透视误差
- 图像分辨率低
由于光源几何形状导致的物体边缘位置不确定性
远心镜头可以减少甚至消除上述大多数问题，使其成为开发高精度测量应用的关键组件。
优势——有限的透视误差
使用远心镜头时，无论物体距离镜头多远，图像中物体的大小保持不变。在对工业零件拍照时，标准镜头可能会显示透视误差。另一方面，远心镜头可以消除这些效应。
使用远心镜头时，无论物体距离镜头多远，图像中物体的大小保持不变。使用标准镜头和远心镜头对工业零件拍照时，标准镜头可能会显示透视误差。另一方面，远心镜头可以消除这些效应。
使用普通光学系统对三维物体（非完全平坦的物体）成像时，远处的物体看起来比近处的物体小。因此，在对圆柱形空腔成像时，顶部和底部的冠缘看起来像两个同心圆，尽管它们实际上是相同的。
相比之下，使用远心镜头时，两个冠缘完全重叠，底部冠缘被完全遮挡。
优势——高分辨率
远心镜头 在整个视场内具有高分辨率。这使得它们适用于需要高分辨率的应用，如显微技术、计量和机器视觉。
注：左侧使用普通光学镜头，右侧使用远心镜头。
优势 - 低畸变
畸变是限制测量精度的最严重问题之一。普通光学设备的畸变值可能从百分之几到百分之几十不等。这使得精确测量变得困难。对于非远心镜头，这个问题变得更加严重。
对于非远心镜头，问题会加剧。高质量远心镜头通常具有非常低的畸变，数值在0.1%以内；虽然这个数值看起来非常小，但它引起的测量误差将接近高分辨率相机中一个像素的大小。
（左侧是“枕形”畸变，右侧是“桶形”畸变）
（左图是用远心镜头拍摄的，显示没有任何形状的畸变。右图是用普通镜头拍摄的，显示强烈的径向畸变。）
优势——无边缘位置不确定性
当逆光拍摄物体时，往往难以确定其边缘的确切位置。这是因为在深色背景下，物体边缘的亮像素倾向于与暗像素重叠。此外，如果物体具有高度三维形状，边界效应将进一步限制测量精度。
（图1） （图2）
（图1）在镜头拍摄的图片中，可以看到齿轮孔的内壁，整个齿轮沿中心凸起，孔径和外边缘数据不真实，难以读取边缘，需要非常复杂的算法校正。
（图2）当使用远心镜头拍摄齿轮时，齿轮孔的内边缘和外齿轮边缘轮廓清晰，孔径数据真实，看不到孔的内壁和外壁的畸变，无需图像校正。
（图3） （图4）
（图3）由于视觉误差和聚焦不准确，使用普通镜头拍摄时，可以看到内壁，边缘提取不清晰，拍摄塑料模具的排气孔（红圈标出）时有阴影，影响识别。
（图4）使用远心镜头拍摄。由于远心镜头具有平行光的远心特性，没有视觉误差。因此，拍摄塑料模具的排气孔（红圈标出）时，内壁边缘清晰，数据准确。拍摄圆孔（绿色）时，孔边缘清晰，易于检测毛刺和孔径大小。
具有不同结构和光学设计的远心镜头
远心镜头有多种类型。这些类型基于其应用和设计。类型包括物方远心、像方远心以及 双侧远心镜头。
这三种镜头在设计和应用上有明显差异，选择哪种镜头取决于具体需求，包括测量精度、图像质量和应用场景。物方远心镜头在物端具有远心特性。
像方远心镜头在像端具有远心特性。双侧远心镜头在两端都具有远心特性，以实现更高的精度和一致性。双侧远心镜头在两端都具有远心特性，以实现更高的精度和一致性。
物方远心镜头
广泛用于测量、检测和工业视觉系统，特别是在需要精确测量物体大小和形状的情况下。Vision Datum 提供适用于 AOI（自动光学检测）应用的紧凑型远心镜头。
物方远心成像，其中孔径位于物镜的后焦平面。入瞳位于无穷远处，物镜前的主光线平行于光轴。在合理的运动范围内，物体的放大倍率独立于物距，即使物距变化，像高也不变。
物侧远心镜头
像方远心成像，其中孔径位于物镜的前焦平面。出瞳位于无穷远处，物镜后的主光线平行于光轴。（如果您需要这种结构的远心镜头，请联系我们）
双侧远心镜头
双侧远心镜头结合了物方远心性和像方远心性的优点。在景深范围内，物体距离或相机距离不会影响成像系统的放大倍率。
应用：适用于需要同时解决物方和像方远心性问题的情况，例如在精密测量领域。
Vision Datum 双侧远心镜头
- 景深大于物方/像方远心性，这意味着在相同的工作距离下，双侧远心镜头可以观察更宽范围的物体，适用于被观察物体高度差较大的情况
- 更高的远心性可以提供更准确的测量结果
- 高分辨率：即使使用小像素图像传感器，双侧远心镜头也能生成高分辨率图像，这对于需要高清图像的应用场景非常有益
- 支持大面阵相机，可与我们的高分辨率相机和线扫相机配合使用
- 更准确且一致的放大倍率：双侧远心镜头可以提供更准确且一致的放大倍率，这对于需要精确测量的应用是一个重要优势
- 可用于大视场应用
- 双侧远心镜头价格昂贵，因此没有多少人能负担得起远心镜头
- 放大倍率越小，尺寸越大，重量越重
最佳选择-适配光源的远心镜头
远心镜头与平行光源配合效果最佳。它们过滤掉大部分漫射光，因此在自然光下图像可能显得较暗。使用平行光源与远心镜头可以提高物体边缘的清晰度和稳定性。它还可以帮助减少检测过程中的噪声。
适配光源类型
远心平行光源： 由于 LED 放置在凸透镜的焦点上，发出的光是平行的，适合与远心镜头一起使用，例如点光源和远心光源。
平行面光源： 在普通面光源的扩散板表面添加一层控光膜，以提高光源的平行度。它适用于需要较大照明面积的场景，如背光照明。
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