一、遠(yuǎn)心鏡頭原理簡(jiǎn)介及選型：

1）遠(yuǎn)心鏡頭原理：

遠(yuǎn)心鏡頭（Telecentric lens），是為糾正傳統(tǒng)鏡頭視差而設(shè)計(jì)，它可以在一定的物距范圍內(nèi)，使得到的圖像放大倍率不會(huì)變化，簡(jiǎn)單的說(shuō)這種鏡頭拍出來(lái)的圖像沒(méi)有近大遠(yuǎn)小關(guān)系。

遠(yuǎn)心鏡頭又分為物方遠(yuǎn)心鏡頭、像方遠(yuǎn)心鏡頭和雙側(cè)遠(yuǎn)心鏡頭。下面是兩個(gè)遠(yuǎn)心鏡頭的實(shí)物照片。

關(guān)于遠(yuǎn)心鏡頭的原理，網(wǎng)上有一些介紹，但是寫的都很晦澀。其實(shí)幾句話就能說(shuō)清楚的，最核心的一點(diǎn)是遠(yuǎn)心鏡頭是普通鏡頭與小孔成像原理的結(jié)合。

本文試著用三張圖來(lái)說(shuō)明遠(yuǎn)心鏡頭的原理。

1.物方遠(yuǎn)心鏡頭（Telecentric lens）

傳統(tǒng)鏡頭的光路：

如果我們?cè)谙穹浇裹c(diǎn)處放置個(gè)小孔，光路就變成了這樣：

這個(gè)小孔的作用就是只讓平行入射的物方光線可以達(dá)到像平面成像。從幾何關(guān)系可以看出這時(shí)像就沒(méi)有近大遠(yuǎn)小的關(guān)系了。物方遠(yuǎn)心鏡頭的原理就這么簡(jiǎn)單。之所以叫物方遠(yuǎn)心，是因?yàn)榻邮掌叫泄獬上�，相�?dāng)于物體在無(wú)窮遠(yuǎn)處。

物方遠(yuǎn)心鏡頭的缺點(diǎn)是放大倍數(shù)與像距成直接關(guān)系。實(shí)際使用時(shí)相機(jī)安裝的遠(yuǎn)近會(huì)影響放大倍數(shù)。所以每個(gè)鏡頭系統(tǒng)都要單獨(dú)的標(biāo)定放大倍數(shù)。

2.像方遠(yuǎn)心鏡頭（image-space telecentric）

我們知道光路是可逆的，那么將物方遠(yuǎn)心鏡頭的光路反過(guò)來(lái)就成了像方遠(yuǎn)心鏡頭的光路。

這種鏡頭的特點(diǎn)是放大倍數(shù)與像距無(wú)關(guān)，相機(jī)離得遠(yuǎn)還是近都不影響放大倍數(shù)。

3.雙側(cè)遠(yuǎn)心鏡頭 （double telecentric、bi-telecentric）

結(jié)合物方遠(yuǎn)心和像方圓心的光路就成為了雙側(cè)遠(yuǎn)心鏡頭。下面是光路：

這種鏡頭的特點(diǎn)是物體離得遠(yuǎn)近或者相機(jī)離得遠(yuǎn)近都不影響放大倍數(shù)。所以廣泛的應(yīng)用在機(jī)器視覺(jué)測(cè)量檢測(cè)領(lǐng)域。

當(dāng)然，實(shí)際的圓心鏡頭中的小孔光闌不可能無(wú)限的小，那樣進(jìn)來(lái)的光線就太小了。所以實(shí)際的圓心鏡頭還是會(huì)有一定的近大遠(yuǎn)小關(guān)系的（這個(gè)指標(biāo)稱之為遠(yuǎn)心度，遠(yuǎn)心鏡頭的遠(yuǎn)心度通常小于0.1°）。物距也不是任意的，但是它比普通的鏡頭的景深要大得多。

2）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：

①.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)。

②.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。

③.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。

④.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(cè)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)。

⑤.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(shuō)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。

二、雙遠(yuǎn)心鏡頭原理及選型：

近年來(lái)，經(jīng)常做機(jī)器視覺(jué)精密測(cè)量的公司就會(huì)聽到一些比較新的名詞，如雙側(cè)遠(yuǎn)心、單側(cè)遠(yuǎn)心、物方遠(yuǎn)心、像方遠(yuǎn)心等等這些以前并不是經(jīng)常被提起的光學(xué)概念，讓人一頭霧水，不知如何理解，收集到的資料往往也都是專業(yè)化程度高不容易理解，今天就從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)來(lái)簡(jiǎn)述雙遠(yuǎn)心工業(yè)鏡頭的相關(guān)原理。

1）雙遠(yuǎn)心鏡頭原理及能解決的問(wèn)題：

1.凸透鏡成像原理

特性一：所有經(jīng)過(guò)光心的光不改變其傳播方向

特性二：凸透鏡對(duì)平行光有匯聚作用，鏡頭的成像即利用這一點(diǎn)

2.雙遠(yuǎn)心鏡頭成像原理

原理：通過(guò)在鏡頭中間放置光闌，使得進(jìn)出鏡頭的光線均為平行光，其他光線被光闌遮擋，無(wú)法到達(dá)成像芯片各看一側(cè)分別是物方遠(yuǎn)心、像方遠(yuǎn)心鏡頭。物方解決景深問(wèn)題，像方解決放大倍率變化問(wèn)題。

3.雙遠(yuǎn)心鏡頭解決的問(wèn)題

①.分辨率問(wèn)題：

普通工業(yè)鏡頭分辨率跟不上芯片分辨率提高的腳步，其受制于其光學(xué)成像的原理，最好的也只能做到10um左右,最多可配合1000W像素的相機(jī)使用，滿足不了現(xiàn)在高分辨率相機(jī)和高精度測(cè)量檢測(cè)的要求。

②.景深問(wèn)題：

普通鏡頭的景深比較小，當(dāng)需要測(cè)量的物體在鏡頭縱深方向超出其范圍，檢測(cè)或測(cè)量無(wú)法進(jìn)行。

③.放大倍率問(wèn)題：

放大倍率隨作距離變化而發(fā)生變化。當(dāng)我們的視覺(jué)系統(tǒng)被用來(lái)執(zhí)行精密測(cè)量任務(wù)時(shí)，這一特性會(huì)導(dǎo)致不可容忍的誤差。

2）雙遠(yuǎn)心鏡頭選型方法：

A：主要注意以下幾點(diǎn)：視場(chǎng)范圍，兼容的CCD靶面，接口類型等滿足要求，其他的如工作距離，景深范圍，外形尺寸等只要不影響使用就可以。

3）雙遠(yuǎn)心鏡頭常見問(wèn)答：

Q：為什么雙遠(yuǎn)心鏡頭的體積通常比較大

A：因?yàn)殡p遠(yuǎn)心鏡頭是平行光進(jìn)出，所以需要多大拍攝面積，就需要多大面積的平行光進(jìn)入，因此就需要多大面積的鏡筒，所以雙遠(yuǎn)心鏡頭體積通常都比較大，而且視場(chǎng)越大，體積越大。

Q：雙遠(yuǎn)心鏡頭配合什么樣的光源效果比較好？

A：由于遠(yuǎn)心鏡頭只接受平行光，濾除了幾乎所有的漫反射光源，所以在自然環(huán)境下成像比較暗，所以選用平行光源能夠最大限度的發(fā)揮雙遠(yuǎn)心鏡頭的優(yōu)勢(shì)，使被測(cè)物體邊緣清晰、穩(wěn)定，并有效去除檢測(cè)過(guò)程中的噪聲。