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【光學知識】像方遠心☁╃•▩↟、物方遠心☁╃•▩↟、雙遠心鏡頭的區別

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  • 來源╃·₪:光虎光電科技(天津)有限公司

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  • 釋出時間╃·₪:2022-09-27 10:25:36

【光學知識】像方遠心☁╃•▩↟、物方遠心☁╃•▩↟、雙遠心鏡頭的區別


像方遠心☁╃•▩↟、物方遠心☁╃•▩↟、雙遠心鏡頭的區別

工業鏡頭是機器視覺系統中十分重要的成像元件✘↟·↟☁,系統若想完全發揮其作用✘↟·↟☁,工業鏡頭必須能夠滿足要求才行↟│₪│◕。隨著機器視覺系統在精密測量領域的廣泛應用✘↟·↟☁,普通工業鏡頭難以滿足要求✘↟·↟☁,而遠心鏡頭應運而生↟│₪│◕。

遠心鏡頭主要為矯正傳統工業鏡頭視差而設計✘↟·↟☁,它可以在一定的物距範圍內✘↟·↟☁,使得到的影象放大倍率不變✘↟·↟☁,從而彌補普通工業鏡頭“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✘↟·↟☁,像方主光線平行於光軸主光線的會聚中心位於像方無窮遠↟│₪│◕。這種鏡頭的特點是放大倍率與像距無關✘↟·↟☁,可以消除像方調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的像方焦平面上✘↟·↟☁,物方主光線平行於光軸主光線的會聚中心位於物方無限遠↟│₪│◕。這種鏡頭的特點是在合理的活動範圍內✘↟·↟☁,物體的放大倍率與物距無關↟│₪│◕。即使物距發生改變✘↟·↟☁,像高也並不會發生改變✘↟·↟☁,即測得的物體尺寸不會變化↟│₪│◕。根據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)雙側遠心光路

雙側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點✘↟·↟☁,在景深範圍內✘↟·↟☁,物體離得遠近或者相機離得遠近✘↟·↟☁,都不會影響到成像系統的放大倍數✘↟·↟☁,即像不隨物距和相距的變化而變化↟│₪│◕。根據雙側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✘↟·↟☁,需要我們根據實際情況✘↟·↟☁,從百萬只鏡頭中✘↟·↟☁,挑選出適合我們的那一個↟│₪│◕。在瞭解了遠心鏡頭的光路原理之後✘↟·↟☁,讓我們來看看鏡頭引數的含義吧╃▩✘╃✘!

(1)物方遠心鏡頭

前面提到✘↟·↟☁,物方遠心鏡頭簡稱為遠心鏡頭↟│₪│◕。遠心鏡頭常用引數包括倍率☁╃•▩↟、工作距離☁╃•▩↟、物方解析度☁╃•▩↟、景深☁╃•▩↟、數值孔徑NA等↟│₪│◕。在眾多引數中✘↟·↟☁,可能會讓大家困惑的引數✘↟·↟☁,應該是數值孔徑NA了吧↟│₪│◕。

遠心鏡頭中提到的數值孔徑NA指像方數值孔徑✘↟·↟☁,數值孔徑NA值越大✘↟·↟☁,鏡頭解析度和亮度越佳↟│₪│◕。數值孔徑NA與物方分辨率的對應關係為╃·₪:

一般遠心鏡頭引數中✘↟·↟☁,也會給出鏡頭可匹配的像元大小↟│₪│◕。如果引數中並沒有給出鏡頭的良配怎麼辦呢╃◕•✘•?不慌✘↟·↟☁,不慌✘↟·↟☁,一個公式解決煩惱╃·₪:
(2)雙遠心鏡頭

雙遠心鏡頭常用引數相對於遠心鏡頭來說更容易理解↟│₪│◕。它包括倍率☁╃•▩↟、物方解析度☁╃•▩↟、工作距離☁╃•▩↟、景深☁╃•▩↟、遠心度等↟│₪│◕。在這些引數中✘↟·↟☁,各引數的對應關係與遠心鏡頭的對應關係相一致↟│₪│◕。需要特別解釋的一下✘↟·↟☁,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引數之一↟│₪│◕。

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為╃·₪:在景深範圍內✘↟·↟☁,保證不同工作距下✘↟·↟☁,物體的放大率是一樣的↟│₪│◕。它是彌補普通工業鏡頭“近大遠小”這一弊端的重要因素↟│₪│◕。

雙遠心鏡頭優勢
遠心鏡頭和雙遠心鏡頭常用於精密測量領域↟│₪│◕。在解釋完他們的光路原理和引數意義後✘↟·↟☁,大家有沒有困惑✘↟·↟☁,遠心鏡頭和雙遠心鏡頭在景深範圍內✘↟·↟☁,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✘↟·↟☁,如何取捨呢╃◕•✘•?雙遠心鏡頭當然是靠實力取勝啦↟│₪│◕。
雙遠心鏡頭相對於遠心鏡頭景深更大↟│₪│◕。當其他引數相同的情況下✘↟·↟☁,雙遠心鏡頭的工作範圍比遠心鏡頭的工作範圍要大✘↟·↟☁,可觀測的範圍更廣↟│₪│◕。當我們需要觀測的物體高度差比較大時✘↟·↟☁,可以優先考慮雙遠心鏡頭↟│₪│◕。
雙遠心鏡頭相對於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↟│₪│◕。


【來源╃·₪:光虎光學內部培訓資料】



光虎光學專業生產由德國設計的工業鏡頭↟│₪│◕。
以高精度雙遠心鏡頭為核心✘↟·↟☁,涵蓋高效能FA定焦鏡頭☁╃•▩↟、變倍鏡頭等產品↟│₪│◕。
可實現為客戶定製化研發生產↟│₪│◕。光虎光學還代理歐美日機器視覺全系列產品↟│₪│◕。
如面陣與線掃工業相機☁╃•▩↟、智慧相機☁╃•▩↟、3D相機☁╃•▩↟、紅外與紫外相機☁╃•▩↟、光源☁╃•▩↟、影象採集卡☁╃•▩↟、機器視覺軟體及其他周邊產品↟│₪│◕。



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