1.遠心鏡頭的設計與對比鏡頭可以分為非遠心和遠心；遠心鏡頭也可以分為物方遠心、像方遠心和雙遠心。相關概念的簡單說明：孔徑光闌在物空間的像稱為入射光瞳。同樣，孔徑光闌被其后面的光學零件成在像空間的像，稱為出射光瞳。入射光瞳、孔徑光闌與出射光瞳三者是共軛的。如果忽略光闌像差，入射光瞳是物面上各點成像光束的公共入口；出射光瞳是成像光束的公共出口。通過孔徑光闌中心的光線叫主光線，因共軛關系，它也通過入射光瞳中心和出射光瞳中心。因此，一般說主光線是成像光束的中心線。1.1非遠心鏡頭非遠心鏡頭的入射光瞳和出射光瞳圖解，如下圖：

入射光瞳和出射光瞳在鏡頭內(nèi)，這是大多數(shù)固定焦距鏡頭的典型特征。在非遠心鏡頭中，入射光瞳在有限距離內(nèi)，都會導致非平行與光軸的主光線，如下圖所示：

1.2物方遠心鏡頭如果鏡頭的入射光瞳位于像方(物鏡后方的一切物體)內(nèi)無限遠的位置，則可以被稱為物方遠心鏡頭，如下圖所示：

一般在將機器視覺鏡頭簡單描述為遠心鏡頭時，很有可能是物方遠心鏡頭。在物方遠心鏡頭的光學設計中，通過將系統(tǒng)的孔徑光闌放置在前組的焦點處來實現(xiàn)物方遠心。由于入瞳位于無限遠，所以物空間的主光線與光軸平行，視場恒定且無視場角，如下圖所示：

上圖中的物方遠心鏡頭，主光線與物空間的光軸完全平行。因此無論物體平面位于何處，視場都不會改變。1.3像方遠心鏡頭像方遠心鏡頭可以由位于物方內(nèi)無限遠處的出射光瞳定義，如下圖所示：

如果鏡頭是物方遠心，則物體的放大倍率不會更改，如果鏡頭是像方遠心，放大倍率不會隨傳感器平面的位置更改，這意味著傳感器位置允差對相機不像對像方遠心鏡頭那么重要，因為靠近或遠離最佳位置的小偏移不會導致兩個具有相同鏡頭的系統(tǒng)之間出現(xiàn)放大倍率差異。

請注意，無論傳感器平面位于何處，像高都不會改變，因為定義像高的主光線與光軸完全平行。

此外，像方遠心鏡頭不會遭受放射性測量的cos⁴θ衰減，因為光線垂直于整個區(qū)域內(nèi)的傳感器。這是有利的，因為假設鏡頭設計內(nèi)沒有構(gòu)建選擇性光暈，它能使圖像的相對照明分布更加均勻。像方遠心并不是遠心鏡頭所獨有，因為也可以在傳統(tǒng)鏡頭(如固定焦距鏡頭)中指定像方遠心。不過，市場上大部分固定焦距鏡頭都沒有設計為像方遠心，因為它們通常需要額外的元件(因此需要更多成本)來實現(xiàn)遠心度，并且根據(jù)所使用的傳感器尺寸，可能需要相當大的直徑。如果非遠心鏡頭是像方遠心，通常也會有標注。1.4雙遠心鏡頭盡管物方遠心已經(jīng)能提供大大高于傳統(tǒng)鏡頭的測量準確性，但如果鏡頭是物方和像方遠心(雙遠心)，還能獲得更高的準確性。在雙遠心鏡頭中，入射和出射光瞳投射到各自的無限遠處，如下圖所示：

雙遠心鏡頭是最準確的遠心鏡頭類型，因為其視場完全不受物體位置或傳感器位置變化導致的更改影響，也不會遭受任何cos⁴θ衰減。下圖顯示了三種不同鏡頭的對比圖：固定焦距鏡頭、僅物方遠心鏡頭和雙遠心鏡頭。X軸表示工作距離(mm)相較于標稱值的更改，Y軸表示相較于實際值的尺寸誤差百分比。

如上圖所示，雙遠心鏡頭是最準確的鏡頭，工作距離偏移4mm的誤差不到0.2%。雙遠心鏡頭可以用于需要最高準確性和精度的應用中。2.遠心鏡頭的獨特性能2.1恒定視場角傳統(tǒng)鏡頭具有視場角，因此隨著鏡頭與物體之間的距離增加，放大倍率也會增加。這是人類視覺的行為，有助于我們感知景深。這一視場角會導致像差(也稱為角度誤差)，這會降低準確性，因為如果物體由于放大倍數(shù)變化而移動(即使其余部分在景深內(nèi))，則觀察到的視覺系統(tǒng)測量值會改變。遠心鏡頭可通過恒定的視場角消除標準鏡頭的視差特性；遠心鏡頭在離鏡頭任何距離的位置都具有相同的視場。有關非遠心和遠心視場的差別，如下圖所示：

遠心鏡頭的恒定視場對計量應用有利有弊。遠心鏡頭的主要優(yōu)勢在于其放大倍率不會隨景深而更改。下圖顯示了兩個由固定焦距(非遠心)鏡頭(左)和遠心鏡頭(右)在不同工作距離下成像的不同物體。請注意，在使用遠心鏡頭拍攝的圖像中，無法分辨哪個物體位于其他物體之前。使用固定焦距鏡頭時，很明顯，看起來更小的物體離鏡頭更遠。

遠心鏡頭可消除原本會由于振動輸送機或部件位置不精確等因素導致的測量誤差問題。2.2遠心鏡頭和景深遠心鏡頭由于最佳焦點任意一側(cè)存在對稱模糊，確實可以有比傳統(tǒng)鏡頭更大的可用景深。遠心鏡頭在沒有視場角度分量時，會產(chǎn)生對稱的漸變的模糊圖案。實際上，這意味著邊緣的特性會保留其質(zhì)心位置；當物體在最佳焦點以外時，只要保持足以支持機器視覺系統(tǒng)所使用的算法正常運行的對比度，就仍然可以進行準確的測量。盡管這似乎有悖常理，但在某些應用中，漸變模糊可以給遠心鏡頭帶來有益的效用。例如，如果機器視覺系統(tǒng)需要找到針腳的中心位置(如下圖所示)，當鏡頭聚焦時，從白色到黑色的過渡會十分急劇；當鏡頭稍微離焦時，從白色到黑色的過渡會平緩很多。

這時，從白色過渡到黑色時覆蓋的像素數(shù)量更多。查看從部件邊緣提取的線條輪廓的圖像灰度繪圖(如下圖所示)，隨著針腳邊緣分布在多個像素上，略微離焦的圖像的線條斜率要平緩得多。由于遠心鏡頭會產(chǎn)生對稱的模糊，因此該模糊圖案仍然可用，這時因為圖像的質(zhì)心尚未移動，而且需要的子像素插值量有所降低。這就降低了由于傳感器噪聲而導致的灰度波動敏感性，并且能夠更加可靠、重復多次找到針腳中心位置。

2.3?遠心度和失真在計量應用中使用遠心鏡頭的另一個好處在于，遠心鏡頭的失真度通常低于固定焦距鏡頭。失真會導致物體的實際位置看似位于其他位置，這可能會進一步降低測量準確性。例如，下圖所顯示了高失真固定焦距鏡頭成像的電路板上的跳針。失真以及非遠心鏡頭所固有的視差使朝向圖像邊緣的跳針看似朝中間彎曲。在遠心鏡頭下查看相同跳針時，可以明顯看到跳針是直的。

無需校準遠心鏡頭產(chǎn)生的失真的另一個好處在于可以加快測量過程，因為軟件需要執(zhí)行的計算更少，這可以減少CPU負載，直接提高系統(tǒng)的檢測效率。由于遠心鏡頭往往具有很低的失真，因此它們比固定焦距鏡頭更容易產(chǎn)生非單向波形失真(如下圖所示)。

3.遠心鏡頭大小控制任何遠心鏡頭的視場都受前組光學直徑限制；所需的視場越大，前組光學直徑越大。遠心鏡頭可能會發(fā)展大尺寸、高重量，但放大倍率較小的鏡頭，因為這樣的放大倍率要求較大的前組光學元件；在某些注重重量或尺寸的安裝中，可能會禁止使用這類鏡頭。鏡頭的f/#也會影響鏡頭尺寸，特別是在放大倍率較大時，在這種情況下，前組光學元件也會變得復雜。下圖顯示了不同f/#下的兩個4X遠心鏡頭。

如果需要某個特別大的視場，則可以使用額外光學元件來增強固定焦距鏡頭，以便產(chǎn)生具有大視場的偽遠心鏡頭。下圖顯示了一個25mm固定焦距鏡頭，該鏡頭已使用菲涅爾透鏡增強，以生成具有8”視場的遠心鏡頭。這種增強的圖像質(zhì)量低于專門設計的遠心鏡頭，但可能在注重成本且需要遠心度的大視場應用中非常有用。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的镜头视场角计算工具_再谈远心镜头的设计及其独特的性能的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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