引言

遠心鏡頭（Telecentric lens），是為糾正鏡頭視覺差而設計。當被測物體離鏡頭遠近不一致時，普通鏡頭的放大倍率會產生差別，而遠心鏡頭可以在一定的物距范圍內，使拍攝得到的圖像放大倍率不會變化，簡單的說這種鏡頭拍出來的圖像沒有近大遠小關系(透視誤差)。
遠心鏡頭分為物方遠心鏡頭(object space telecentric)、像方遠心鏡頭(image space telecentric)和雙遠心鏡頭(double telecentric、bi-telecentric)。遠心鏡頭通過在光學系統的焦點位置放置孔徑光闌，使得只有平行于光軸的光線才能被光學器件捕捉到。物方遠心鏡頭將孔徑光闌放在像方焦平面上，即使物距發生變化，拍攝的物體尺寸也不會變化。像方遠心鏡頭將孔徑光闌放置在物方焦平面上，從而雖然 CCD 芯片的安裝位置出現偏差，在CCD 芯片上投影成像大小不變。雙遠心鏡頭擁有上面兩種遠心鏡頭的優點。在工業機器視覺應用中，一般只使用物方遠心鏡頭，偶爾也有使用雙遠心鏡頭（當然價格更高）。而像方遠心鏡頭大多不會起作用的。因此本文遠心鏡頭特指物方遠心鏡頭。

光路原理

普通鏡頭和遠心鏡頭光路如下圖所示，主要區別在于遠心鏡頭在像方焦點處放置了孔徑光闌，阻擋某些方向的入射光，使得只讓平行于光軸方向的入射光線可以到達像平面。因為這種光學系統物方主光線平行于光軸，主光線的會聚中心位于物方無限遠，故稱之為物方遠心光路。
物體A₁B₁和A₂B₂具有相同高度，其中A₂B₂離鏡頭較遠。使用普通鏡頭時，位于合焦平面上物體A₁B₁在像平面可以清晰成像，hA₁’B₁’為物體在像平面上的真實尺寸。物體A₂B₂位于非合焦平面，其成像平面與相機像平面不重合，產生視差，在相機像平面上模糊成像，像點B₂投影成一個彌散圓。以主光線投影點為彌散圓中心點，hA₂’B₂’代表物體A₂B₂在像平面上的測量尺寸。顯然，測量尺寸小于真實尺寸。因此，雖然物體A₁B₁和A₂B₂高度相同，但因離鏡頭的距離遠近差異，導致在像平面測量尺寸大小不同。普通鏡頭成像有近大遠小關系，存在測量誤差。
如果適當地控制主光線的方向，就可以消除或者減小由視差引起的測量誤差。這只要把孔徑光闌設置在物鏡的像方焦平面上，此即為遠心鏡頭光路結構。由物鏡射出的每一光束的主光線都經過光闌中心所在的像方焦點，而物方主光線則是平行于光軸的。物體A₂B₂中像點B₂在像平面成像彌散圓中心主光線通過B₁’，因而測量尺寸hA₂’B₂’=hA₁’B₁’，與真實尺寸相同。更一般的講，物體上的每一個點發出的光束主光線都與光軸平行，不隨著物體位置移動而發成變化，因此遠心鏡頭可糾正普通鏡頭視覺差問題，成像大小不隨物體離鏡頭的遠近發生變化，有著固定放大倍率。
如果將一個普通鏡頭描述為一個數學函數，該函數建立起一個三維物體空間與二維探測器（圖像）空間之間的對應關系，而遠心鏡頭則建立一個二維物體空間與二維圖像空間的對應關系，它不會展示被測物體的第三維度，因此成為剖面成像和尺寸測量的完美組件。

技術指標

遠心度

遠心度Telecentricity是指物體的倍率誤差，倍率誤差越小，遠心度越高。遠心度有各種不同的用途，在鏡頭使用前，把握遠心度很重要。遠心鏡頭的主光線與鏡頭的光軸平行，遠心度
實際的遠心鏡頭的孔徑光闌不可能無限的小，那樣進來的光線就太少了。所以實際的遠心鏡頭還會有一定的近大遠小關系的，這個指標稱為遠心度，遠心鏡頭的遠心度通常小于0.1°。
當然，實際的圓心鏡頭中的小孔光闌不可能無限的小，那樣進來的光線就太小了。所以實際的圓心鏡頭還是會有一定的近大遠小關系的（這個指標稱之為遠心度，遠心鏡頭的遠心度通常小于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。

遠心鏡頭因其設計特點，有兩大特征：大景深，低畸變。在

為什么遠心鏡頭的體積通常比較大
因為遠心鏡頭是平行光進出，所以需要多的大拍攝面積，就需要多大面積的平行光進入，因此就需要多大面積的鏡筒。所以遠心鏡頭通常比較大，而且視場越大，體積越大。

雙遠心鏡頭如何選型
視場范圍，兼容的CCD靶面，接口類型，工作距離，景深范圍，外形尺寸等

遠心鏡頭搭配什么類型的光源比較好
由于遠心鏡頭只接受平行光，濾除了幾乎所有的漫反射光，所以在自然環境下成像比較暗，所以選用平行光源能夠最大限度的發揮遠心鏡頭的優勢，使得被測物體邊緣清晰，穩定，并有效濾除檢測過沖中的噪聲。

普通鏡頭成本低、
放大倍率倍率會有變化，有視察，
大物體成像

使用范圍

1)當被檢測物體厚度較大,需要檢測不止一個平面時,典型應用如食品盒,飲料瓶等。
2)當被測物體的擺放位置不確定,可能跟鏡頭成一定角度時。
3)當被測物體在被檢測過程中上下跳動,如生產線上下震動導致工作距離發生變化時。
4)當被測物體帶孔徑、或是三維立體物體時。
5)當需要低畸變率、圖像效果亮度幾乎完全一致時。
6)當需要檢測的缺陷只在同一方向平行照明下才能檢測到時。
7)當需要超過檢測精度時,如容許誤差為1um。

選型方法

遠心鏡頭的選型辦法其實跟普通光學系統中的鏡頭類似,需要關注的幾個點如下:

• 兼容的CCD靶面尺寸。這一點跟普通鏡頭的選擇類似,要求遠心鏡頭兼容的CCD靶面大于或等于配套的相機靶面,否則會造成分辨率的浪費。
• 接口類型。目前遠心鏡頭提供的接口類型也跟普通鏡頭類似,有C口,F口等,只要跟相機配套即可使用。
• 放大倍率,或成像范圍。當放大倍率和CCD靶面確定時,成像范圍即確定,反之亦然。
• 工作距離。一般以上三點選定的情況下,工作距離已經確定在一個范圍之內,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際使用要求。當選用遠心系統進行檢測時,我們建議先選定鏡頭,依據其工作距離設計其他機械結構。
• 景深范圍。在滿足前面幾個使用條件的前提下,景深范圍越大,說明遠心系統的光學特性越好,在選型時可作為參考。

參考

遠心鏡頭（Telecentric lens）原理介紹
遠心光學成像系統原理詳解
遠心鏡頭教程
[應用光學 張以謨主編 5.6遠心光路]

總結

以上是生活随笔為你收集整理的远心镜头原理的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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