【视觉知识】像方远心、物方远心、双远心镜头的区别

像方远心、物方远心、双远心镜头的区别

工业镜头是机器视觉系统中十分重要的成像元件，系统若想完全发挥其作用，工业镜头必须能够满足要求才行。随着机器视觉系统在精密测量领域的广泛应用，普通工业镜头难以满足要求，而远心镜头应运而生。

远心镜头主要为矫正传统工业镜头视差而设计，它可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不变，从而弥补普通工业镜头“近大远小”的视觉效果，满足精密测量的要求。远心镜头按设计原理可分为：像方远心光路、物方远心光路和双侧远心光路。

光路原理

1）像方远心光路

像方远心光路的光路图如下图。它是将孔径光阑放置在物方焦平面上，像方主光线平行于光轴主光线的会聚中心位于像方无穷远。这种镜头的特点是放大倍率与像距无关，可以消除像方调焦不准引入的测量误差。

2）物方远心光路

物方远心光路的光路图如下图。它是将孔径光阑放置在光学系统的像方焦平面上，物方主光线平行于光轴主光线的会聚中心位于物方无限远。这种镜头的特点是在合理的活动范围内，物体的放大倍率与物距无关。即使物距发生改变，像高也并不会发生改变，即测得的物体尺寸不会变化。根据这个原理设计出来的镜头为物方远心镜头，简称远心镜头。

3）双侧远心光路

双侧远心光路就是我们常说的双远心光路，光路图如下图。它综合了像方远心和物方远心的双重优点，在景深范围内，物体离得远近或者相机离得远近，都不会影响到成像系统的放大倍数，即像不随物距和相距的变化而变化。根据双侧远心光路设计出来的镜头为双远心镜头。

镜头原型

正所谓“弱水三千，只取一瓢饮”。在远心镜头选型过程中，需要我们根据实际情况，从百万只镜头中，挑选出适合我们的那一个。在了解了远心镜头的光路原理之后，让我们来看看镜头参数的含义吧！

（1）物方远心镜头

前面提到，物方远心镜头简称为远心镜头。远心镜头常用参数包括倍率、工作距离、物方分辨率、景深、数值孔径NA等。在众多参数中，可能会让大家困惑的参数，应该是数值孔径NA了吧。

远心镜头中提到的数值孔径NA指像方数值孔径，数值孔径NA值越大，镜头分辨率和亮度越佳。数值孔径NA与物方分辨率的对应关系为：

一般双远心镜头参数中，也会给出镜头可匹配的像元大小。如果参数中并没有给出镜头的良配怎么办呢？不要慌，一个公式解决烦恼：

（2）双远心镜头

双远心镜头常用参数相对于远心镜头来说更容易理解。它包括倍率、物方分辨率、工作距离、景深、远心度等。在这些参数中，各参数的对应关系与远心镜头的对应关系相一致。需要特别解释一下的应该只有远心度了。它是评价远心镜头和双远心镜头好坏的重要参数之一。

远心度是指主光线偏离光轴的角度。角度越小，远心度越好，镜头的倍率误差越小。在测量过程中的表现为：在景深范围内，保证不同工作距下，物体的放大率是一样的。它是弥补普通工业镜头“近大远小”这一弊端的重要因素。

双远心镜头优势

远心镜头和双远心镜头常用于精密测量领域。在解释完他们的光路原理和参数意义后，大家有没有困惑，远心镜头和双远心镜头在景深范围内，工作距离都不会影响成像倍率，且畸变值都很小。那在选型过程中，如何取舍呢？双远心镜头当然是靠实力取胜啦。

双远心镜头相对于远心镜头景深更大。当其他参数相同的情况下，双远心镜头的工作范围比远心镜头的工作范围要大，可观测的范围更广。当我们需要观测的物体高度差比较大时，可以优先考虑双远心镜头。

双远心镜头相对于远心镜头远心度也更高。在精密测量的选型过程中，如果对观测物体精度要求很高时，双远心镜头会是一个更好的选择。