一、遠心鏡頭原理簡介及選型：

1）遠心鏡頭原理：

遠心鏡頭（Telecentric lens），是為糾正傳統(tǒng)鏡頭視差而設計，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變化，簡單的說這種鏡頭拍出來的圖像沒有近大遠小關系。

遠心鏡頭又分為物方遠心鏡頭、像方遠心鏡頭和雙側(cè)遠心鏡頭。下面是兩個遠心鏡頭的實物照片。

關于遠心鏡頭的原理，網(wǎng)上有一些介紹，但是寫的都很晦澀。其實幾句話就能說清楚的，最核心的一點是遠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說明遠心鏡頭的原理。

1.物方遠心鏡頭（Telecentric lens）

傳統(tǒng)鏡頭的光路：

如果我們在像方焦點處放置個小孔，光路就變成了這樣：

這個小孔的作用就是只讓平行入射的物方光線可以達到像平面成像。從幾何關系可以看出這時像就沒有近大遠小的關系了。物方遠心鏡頭的原理就這么簡單。之所以叫物方遠心，是因為接收平行光成像，相當于物體在無窮遠處。

物方遠心鏡頭的缺點是放大倍數(shù)與像距成直接關系。實際使用時相機安裝的遠近會影響放大倍數(shù)。所以每個鏡頭系統(tǒng)都要單獨的標定放大倍數(shù)。

2.像方遠心鏡頭（image-space telecentric）

我們知道光路是可逆的，那么將物方遠心鏡頭的光路反過來就成了像方遠心鏡頭的光路。

這種鏡頭的特點是放大倍數(shù)與像距無關，相機離得遠還是近都不影響放大倍數(shù)。

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

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

這種鏡頭的特點是物體離得遠近或者相機離得遠近都不影響放大倍數(shù)。所以廣泛的應用在機器視覺測量檢測領域。

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。

2）遠心鏡頭的選型方法：

遠心鏡頭的選型辦法其實跟普通光學系統(tǒng)中的鏡頭類似，需要關注的幾個點如下：

①.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。

②.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(xiàn)口等，只要跟相機配套即可使用。

③.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。

④.工作距離

一般以上三點選定的情況下，工作距離已經(jīng)確定在一個范圍之內(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際使用要求。當選用遠心系統(tǒng)進行檢測時，我們建議先選定鏡頭，依據(jù)其工作距離設計其他機械結(jié)構。

⑤.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(tǒng)的光學特性越好，在選型時可作為參考。

二、雙遠心鏡頭原理及選型：

近年來，經(jīng)常做機器視覺精密測量的公司就會聽到一些比較新的名詞，如雙側(cè)遠心、單側(cè)遠心、物方遠心、像方遠心等等這些以前并不是經(jīng)常被提起的光學概念，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，今天就從實際應用角度出發(fā)來簡述雙遠心工業(yè)鏡頭的相關原理。

1）雙遠心鏡頭原理及能解決的問題：

1.凸透鏡成像原理

特性一：所有經(jīng)過光心的光不改變其傳播方向

特性二：凸透鏡對平行光有匯聚作用，鏡頭的成像即利用這一點

2.雙遠心鏡頭成像原理

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

3.雙遠心鏡頭解決的問題

①.分辨率問題：

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像素的相機使用，滿足不了現(xiàn)在高分辨率相機和高精度測量檢測的要求。

②.景深問題：

普通鏡頭的景深比較小，當需要測量的物體在鏡頭縱深方向超出其范圍，檢測或測量無法進行。

③.放大倍率問題：

放大倍率隨作距離變化而發(fā)生變化。當我們的視覺系統(tǒng)被用來執(zhí)行精密測量任務時，這一特性會導致不可容忍的誤差。

2）雙遠心鏡頭選型方法：

A：主要注意以下幾點：視場范圍，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）雙遠心鏡頭常見問答：

Q：為什么雙遠心鏡頭的體積通常比較大

A：因為雙遠心鏡頭是平行光進出，所以需要多大拍攝面積，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，所以雙遠心鏡頭體積通常都比較大，而且視場越大，體積越大。

Q：雙遠心鏡頭配合什么樣的光源效果比較好？

A：由于遠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)揮雙遠心鏡頭的優(yōu)勢，使被測物體邊緣清晰、穩(wěn)定，并有效去除檢測過程中的噪聲。