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【視覺知識】像方遠心、物方遠心、雙遠心鏡頭的區(qū)別

發(fā)布時間:2024-03-29 11:55:03 瀏覽次數(shù):2031

像方遠心、物方遠心、雙遠心鏡頭的區(qū)別

工業(yè)鏡頭是機器視覺系統(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。隨著機器視覺系統(tǒng)在精密測量領(lǐng)域的廣泛應用,普通工業(yè)鏡頭難以滿足要求,而遠心鏡頭應運而生。

遠心鏡頭主要為矯正傳統(tǒng)工業(yè)鏡頭視差而設計,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,從而彌補普通工業(yè)鏡頭“近大遠小”的視覺效果,滿足精密測量的要求。遠心鏡頭按設計原理可分為:像方遠心光路、物方遠心光路和雙側(cè)遠心光路。

光路原理

1)像方遠心光路

像方遠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聚中心位于像方無窮遠。這種鏡頭的特點是放大倍率與像距無關(guān),可以消除像方調(diào)焦不準引入的測量誤差。

2)物方遠心光路

物方遠心光路的光路圖如下圖。它是將孔徑光闌放置在光學系統(tǒng)的像方焦平面上,物方主光線平行于光軸主光線的會聚中心位于物方無限遠。這種鏡頭的特點是在合理的活動范圍內(nèi),物體的放大倍率與物距無關(guān)。即使物距發(fā)生改變,像高也并不會發(fā)生改變,即測得的物體尺寸不會變化。根據(jù)這個原理設計出來的鏡頭為物方遠心鏡頭,簡稱遠心鏡頭。

3)雙側(cè)遠心光路

雙側(cè)遠心光路就是我們常說的雙遠心光路,光路圖如下圖。它綜合了像方遠心和物方遠心的雙重優(yōu)點,在景深范圍內(nèi),物體離得遠近或者相機離得遠近,都不會影響到成像系統(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)遠心光路設計出來的鏡頭為雙遠心鏡頭。

鏡頭原型

正所謂“弱水三千,只取一瓢飲”。在遠心鏡頭選型過程中,需要我們根據(jù)實際情況,從百萬只鏡頭中,挑選出適合我們的那一個。在了解了遠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)物方遠心鏡頭

前面提到,物方遠心鏡頭簡稱為遠心鏡頭。遠心鏡頭常用參數(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,可能會讓大家困惑的參數(shù),應該是數(shù)值孔徑NA了吧。

遠心鏡頭中提到的數(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與物方分辨率的對應關(guān)系為:

一般雙遠心鏡頭參數(shù)中,也會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?不要慌,一個公式解決煩惱:

(2)雙遠心鏡頭

雙遠心鏡頭常用參數(shù)相對于遠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、遠心度等。在這些參數(shù)中,各參數(shù)的對應關(guān)系與遠心鏡頭的對應關(guān)系相一致。需要特別解釋一下的應該只有遠心度了。它是評價遠心鏡頭和雙遠心鏡頭好壞的重要參數(shù)之一。

遠心度是指主光線偏離光軸的角度。角度越小,遠心度越好,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。它是彌補普通工業(yè)鏡頭“近大遠小”這一弊端的重要因素。

雙遠心鏡頭優(yōu)勢

遠心鏡頭和雙遠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,遠心鏡頭和雙遠心鏡頭在景深范圍內(nèi),工作距離都不會影響成像倍率,且畸變值都很小。那在選型過程中,如何取舍呢?雙遠心鏡頭當然是靠實力取勝啦。

雙遠心鏡頭相對于遠心鏡頭景深更大。當其他參數(shù)相同的情況下,雙遠心鏡頭的工作范圍比遠心鏡頭的工作范圍要大,可觀測的范圍更廣。當我們需要觀測的物體高度差比較大時,可以優(yōu)先考慮雙遠心鏡頭。

雙遠心鏡頭相對于遠心鏡頭遠心度也更高。在精密測量的選型過程中,如果對觀測物體精度要求很高時,雙遠心鏡頭會是一個更好的選擇。

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