远心镜头原理

参考：B站优致谱视觉

原理

远心镜头的工作原理基于其特殊的光学设计，旨在解决普通镜头存在的视差问题。它通过将镜头的光轴与成像面垂直，并使主光线平行于光轴，从而确保在一定的物距范围内，物体上的点在成像面上的成像大小与物体到镜头的距离无关。简单来说，就是无论物体位于镜头前的哪个位置（在一定范围内），其在图像上的尺寸都保持不变，这使得对物体的测量和检测更加准确和可靠。主要消除透视(近大远小)。

特点

• 高精度测量：由于消除了视差对成像大小的影响，远心镜头能够提供非常准确的尺寸测量结果。在工业检测中，对于精密零件的尺寸测量，远心镜头可以将测量误差控制在极小的范围内，满足高精度测量的需求。
• 恒定放大倍率：在特定的工作距离范围内，远心镜头的放大倍率保持恒定。这意味着无论物体在该范围内如何移动，其在图像中的比例始终不变，有利于对物体进行稳定的观察和分析。例如在对流水线上的产品进行检测时，即使产品位置略有波动，也能保证其成像大小一致，便于后续的图像处理和分析。
• 景深控制：远心镜头通常具有较浅的景深，能够清晰地突出物体的轮廓和细节，同时将背景虚化，减少背景干扰。这对于检测物体表面的缺陷、划痕等非常有利，使缺陷更容易被发现。不过，在某些需要较大景深的应用中，也有景深相对较大的远心镜头可供选择。
• 大视场覆盖：一些远心镜头可以提供较大的视场，能够同时观察到较大面积的物体或场景。例如在电子元件的表面检测中，大视场的远心镜头可以一次性拍摄到多个元件，提高检测效率。

分类

• 物方远心镜头：物方远心镜头主要用于测量物体的尺寸。其设计特点是在物方空间中，主光线平行于光轴，使得物体在不同位置时，其成像大小不受物距变化的影响。这种镜头常用于工业自动化生产中的零件尺寸检测、测量仪器等领域，能够提供高精度的尺寸测量结果。
• 像方远心镜头：像方远心镜头则主要用于需要在像方空间中获得稳定成像的应用。在像方远心镜头中，主光线在像方空间平行于光轴，这有助于在成像面上获得均匀的光照分布和清晰的图像。像方远心镜头常用于机器视觉系统中的目标识别、定位等任务，能够提高图像的质量和识别的准确性。
• 双侧远心镜头：双侧远心镜头结合了物方远心和像方远心的特点，在物方和像方空间中主光线都平行于光轴。这种镜头具有更高的测量精度和更好的成像质量，但设计和制造难度较大，成本也相对较高。双侧远心镜头通常用于对测量精度和图像质量要求极高的场合，如航空航天、精密光学仪器等领域。

应用领域

• 工业检测：在汽车零部件、电子元件、机械加工等行业的生产线上，用于检测零件的尺寸精度、形状缺陷、表面瑕疵等。例如汽车发动机缸体的孔径测量、电子芯片的引脚间距检测等，远心镜头能够提供准确的测量和清晰的图像，帮助检测人员及时发现不合格产品。
• 计量光学：在精密测量仪器中，如三坐标测量仪、光学投影仪等，远心镜头作为关键的光学元件，用于实现对物体的高精度测量和成像。它能够确保测量结果的准确性和可靠性，为科学研究和工业生产提供重要的测量支持。
• 机器视觉：在机器人视觉引导、自动化生产线的目标定位和识别等方面，远心镜头能够提供稳定、准确的图像信息，帮助机器视觉系统快速、准确地识别和定位目标物体。例如在物流仓储中，机器人通过远心镜头获取货物的位置和形状信息，实现自动搬运和分拣。
• 生物医学成像：在显微镜、内窥镜等生物医学成像设备中，远心镜头可以提供清晰、准确的图像，有助于医生观察生物组织的微观结构和病变情况。例如在病理切片的观察中，远心镜头能够清晰地呈现细胞的形态和结构，帮助医生进行疾病的诊断。