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機器視覺

靈猴機器人 | 工業遠心鏡頭

  2019年07月22日  

概念

  大家都有這種經歷,一個物體在人眼看來,會有近大遠小的現象。這是因為物體近的時候,在視網膜上投影大,遠的時候,投影小。鏡頭也是一樣,因為近大遠小的原因,會產生誤差。為了解決這個問題,就出現了遠心鏡頭。

  遠心鏡頭(Telecentric lens),是為糾正傳統鏡頭視差而設計的,是普通鏡頭與小孔成像原理的結合。它可以在一定的物距范圍內,使得到的圖像放大倍率保持一致。簡單地說,這種鏡頭拍出來的圖像沒有近大遠小的現象。

分類

  遠心鏡頭主要分為物方遠心鏡頭、像方遠心鏡頭和雙側遠心鏡頭。

  1)物方遠心鏡頭

  物方遠心鏡頭是將孔徑光闌放置在光學系統的像方焦平面上,當孔徑光闌放在像方焦平面上時,即使物距發生改變,像距也發生改變,但像高并沒有發生改變,即測得的物體尺寸不會變化。物方遠心鏡頭用于工業精密測量,畸變極小。

  光路如下:

  2)像方遠心鏡頭

  像方遠心鏡頭,通過在物方焦平面上放置孔徑光闌,使像方主光線平行于光軸。即使CCD芯片的安裝位置有改變,但在CCD芯片上投影成像大小不變。

  像方遠心鏡頭的優點是,使相機的芯片獲得均勻的光線,因為只有平行于光軸的光線才能入射在CCD/CMOS芯片前面的微型鏡片上,從而使圖像不會出現陰影。

  光路如下:

  3)雙側遠心鏡頭

  雙側遠心鏡頭兼于上面兩種遠心鏡頭的優點。在工業圖像處理/機器視覺這個領域里,一般只使用物方遠心鏡頭和雙側遠心鏡頭。

  光路如下:

應用優勢

  遠心鏡頭主要是為糾正傳統工業鏡頭的視差而特殊設計的鏡頭,它可以在一定的物距范圍內,使得到的圖像放大倍率不會隨物距的變化而變化,這對有高低差的物料是非常重要的應用。

  普通工業鏡頭,目標物體越遠離鏡頭(工作距離越長),所成的像就越大。

  在使用普通鏡頭進行尺寸測量時,會存在如下問題:

  1)由于被測量物體不在同一個測量平面,而造成放大倍率的不同;

  2)鏡頭的畸變大

  3)當物距變大時,對物體的放大倍率也改變;

  4)鏡頭的解析度不高;

  5)由于視覺光源的幾何特性,而造成的圖像邊緣位置的不確定性。

  而遠心鏡頭就可以有效解決普通鏡頭存在的上述問題,因此遠心鏡頭已經成為精密光學量測系統決定性的組件,其應用領域也越來越廣泛。

  遠心鏡頭和普通鏡頭的簡單對比如下:

  普通鏡頭

  優點:成本低,實用,用途廣。

  缺點:放大倍率會有變化,有視差。

  應用:大物體成像。

  遠心鏡頭

  優點:放大倍率恒定,無視差。

  缺點:成本高,尺寸大,重量重。

  應用:高精度物體測量。

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