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關(guān)于遠(yuǎn)心鏡頭的原理、應(yīng)用范圍及其選型
工業(yè)鏡頭是機(jī)器視覺采集系統(tǒng)的重要組成部分，遠(yuǎn)心鏡頭是鏡頭大家族中相對年輕的成員，并且正以其獨(dú)特的性能，成為最善良的明星，什么是遠(yuǎn)心鏡頭,遠(yuǎn)心鏡頭的原理。但是，也因?yàn)檫h(yuǎn)心鏡頭被引入時(shí)間比較短，其很多特性還未廣泛的為人們所熟知，本文即是本著向大家介紹遠(yuǎn)心鏡頭基礎(chǔ)知識的原則，從遠(yuǎn)心鏡頭的原理，應(yīng)用范圍，選型方法三個(gè)方面，對其進(jìn)行綜合闡述，揭秘光在遠(yuǎn)心系統(tǒng)里經(jīng)歷的神秘的藝術(shù)之旅。
第一部分：遠(yuǎn)心鏡頭的原理說明
首先，我們從非遠(yuǎn)心鏡頭的幾個(gè)問題說起。第一個(gè)問題，一般鏡頭在成像過程中，當(dāng)工作距離發(fā)生變化時(shí)，其所成圖像大小會(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化，造成的結(jié)果就是同一個(gè)焦距的鏡頭，對應(yīng)不同的物距，將會(huì)有不同的放大倍率，這一現(xiàn)象跟人類視覺系統(tǒng)的近大遠(yuǎn)小視覺差類似。這一問題在某些應(yīng)用場合是可以被忽略甚至加以利用的，但是當(dāng)我們的視覺系統(tǒng)被用來執(zhí)行精密測量任務(wù)時(shí)，這一特性則會(huì)成為極大的阻礙。第二個(gè)問題，普通的鏡頭都存在一定范圍的景深，當(dāng)被測物體不在鏡頭的景深范圍內(nèi)時(shí)，圖像就會(huì)變得模糊，無法清晰聚焦，為此，設(shè)計(jì)師們在普通鏡頭上設(shè)計(jì)了調(diào)焦環(huán)，當(dāng)工作距離發(fā)生變化時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)對焦面來看清楚感興趣的區(qū)域。問題是，如果被測物體本身的深度超出了一定范圍，鏡頭始終沒辦法同時(shí)看清首尾兩端，這個(gè)問題，必須通過其他的途徑來解決。第三個(gè)問題，隨著現(xiàn)在成像芯片分辨率的不斷提高，用戶對測量精度的要求也越來越苛刻，普通的鏡頭受制于其光學(xué)成像的原理，最好的也只能做到10um左右，視覺檢測領(lǐng)域需要精度更高的成像產(chǎn)品。
雙遠(yuǎn)心鏡頭即是為了解決這些問題應(yīng)運(yùn)而生的。雙遠(yuǎn)心鏡頭通過在光學(xué)系統(tǒng)的中間位置放置孔徑光闌，使主光線一定通過孔徑中心點(diǎn)，則物體側(cè)和成像側(cè)的主光線一定平行于光軸進(jìn)入鏡頭。入射平行光保證了足夠大的景深范圍，從鏡頭出來的平行光則保證了即是工作距離在景深范圍內(nèi)發(fā)生大幅度變化，成像的高度也就是放大倍率不會(huì)發(fā)生變化。
第二部分：遠(yuǎn)心鏡頭使用范圍
什么情況下應(yīng)該選用遠(yuǎn)心鏡頭呢?根據(jù)筆者多年從事機(jī)器視覺產(chǎn)品選型的經(jīng)驗(yàn)，再次給讀者一些參考，如下情況，建議選用雙遠(yuǎn)心鏡頭。
1)當(dāng)被檢測物體厚度較大，需要檢測不止一個(gè)平面時(shí)，典型應(yīng)用如食品盒，飲料瓶等。
2)當(dāng)被測物體的擺放位置不確定，可能跟鏡頭成一定角度時(shí)。
3)當(dāng)被測物體在被檢測過程中上下跳動(dòng)，如生產(chǎn)線上下震動(dòng)導(dǎo)致工作距離發(fā)生變化時(shí)。
4)當(dāng)被測物體帶孔徑、或是三維立體物體時(shí)。
5)當(dāng)需要低畸變率、圖像效果亮度幾乎完全一致時(shí)。
6)當(dāng)需要檢測的缺陷只在同一方向平行照明下才能檢測到時(shí)。
7)當(dāng)需要超過檢測精度時(shí)，如容許誤差為1um。
第三部分：遠(yuǎn)心鏡頭的選型方法
遠(yuǎn)心鏡頭的選型辦法其實(shí)跟普通光學(xué)系統(tǒng)中的鏡頭類似，需要關(guān)注的幾個(gè)點(diǎn)如下：
兼容的CCD靶面尺寸。這一點(diǎn)跟普通鏡頭的選擇類似，要求遠(yuǎn)心鏡頭兼容的CCD靶面大于或等于配套的相機(jī)靶面，否則會(huì)造成分辨率的浪費(fèi)。
接口類型。目前遠(yuǎn)心鏡頭提供的接口類型也跟普通鏡頭類似，有C口，F(xiàn)口等，只要跟相機(jī)配套即可使用。
放大倍率，或成像范圍。當(dāng)放大倍率和CCD靶面確定時(shí)，成像范圍即確定，反之亦然。
工作距離。一般以上三點(diǎn)選定的情況下，工作距離已經(jīng)確定在一個(gè)范圍之內(nèi)，這是其成像光路決定的。需要注意的就是此工作距離是否滿足實(shí)際使用要求。當(dāng)選用遠(yuǎn)心系統(tǒng)進(jìn)行檢測時(shí)，我們建議先選定鏡頭，依據(jù)其工作距離設(shè)計(jì)其他機(jī)械結(jié)構(gòu)。
景深范圍。在滿足前面幾個(gè)使用條件的前提下，景深范圍越大，說明遠(yuǎn)心系統(tǒng)的光學(xué)特性越好，在選型時(shí)可作為參考。
因?yàn)檫h(yuǎn)心鏡頭的這些特性，導(dǎo)致其生產(chǎn)工藝要求非常高，所以目前主要的生產(chǎn)廠家都在國外，維視圖像作為國內(nèi)領(lǐng)先的遠(yuǎn)心光學(xué)自主品牌，其BT系列雙遠(yuǎn)心產(chǎn)品以其超高的精度，穩(wěn)定性和性價(jià)比，正在取得越來越多客戶的認(rèn)可，希望在遠(yuǎn)心光學(xué)這條路上，我們能陪伴您一起成長，為機(jī)器視覺這個(gè)大家庭的建設(shè)，貢獻(xiàn)自己的一份力量。
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