工業(yè)鏡頭是機(jī)器視覺采集系統(tǒng)的重要組成部分，遠(yuǎn)心鏡頭是鏡頭大家族中相對(duì)年輕的成員，并且正以其獨(dú)特的性能，成為最善良的明星。但是，也因?yàn)檫h(yuǎn)心鏡頭被引入時(shí)間比較短，其很多特性還未廣泛的為人們所熟知，本文即是本著向大家介紹遠(yuǎn)心鏡頭基礎(chǔ)知識(shí)的原則，從遠(yuǎn)心鏡頭的原理，應(yīng)用范圍，選型方法三個(gè)方面，對(duì)其進(jìn)行綜合闡述，揭秘光在遠(yuǎn)心系統(tǒng)里經(jīng)歷的神秘的藝術(shù)之旅。

第一部分：遠(yuǎn)心鏡頭的原理說(shuō)明

首先，我們從非遠(yuǎn)心鏡頭的幾個(gè)問(wèn)題說(shuō)起。第一個(gè)問(wèn)題，一般鏡頭在成像過(guò)程中，當(dāng)工作距離發(fā)生變化時(shí)，其所成圖像大小會(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化，造成的結(jié)果就是同一個(gè)焦距的鏡頭，對(duì)應(yīng)不同的物距，將會(huì)有不同的放大倍率，這一現(xiàn)象跟人類視覺系統(tǒng)的近大遠(yuǎn)小視覺差類似。這一問(wèn)題在某些應(yīng)用場(chǎng)合是可以被忽略甚至加以利用的，但是當(dāng)我們的視覺系統(tǒng)被用來(lái)執(zhí)行精密測(cè)量任務(wù)時(shí)，這一特性則會(huì)成為極大的阻礙。第二個(gè)問(wèn)題，普通的鏡頭都存在一定范圍的景深，當(dāng)被測(cè)物體不在鏡頭的景深范圍內(nèi)時(shí)，圖像就會(huì)變得模糊，無(wú)法清晰聚焦，為此，設(shè)計(jì)師們?cè)谄胀ㄧR頭上設(shè)計(jì)了調(diào)焦環(huán)，當(dāng)工作距離發(fā)生變化時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)焦面來(lái)看清楚感興趣的區(qū)域。問(wèn)題是，如果被測(cè)物體本身的深度超出了一定范圍，鏡頭始終沒辦法同時(shí)看清首尾兩端，這個(gè)問(wèn)題，必須通過(guò)其他的途徑來(lái)解決。第三個(gè)問(wèn)題，隨著現(xiàn)在成像芯片分辨率的不斷提高，用戶對(duì)測(cè)量精度的要求也越來(lái)越苛刻，普通的鏡頭受制于其光學(xué)成像的原理，最好的也只能做到10um左右，視覺檢測(cè)領(lǐng)域需要精度更高的成像產(chǎn)品。

雙遠(yuǎn)心鏡頭即是為了解決這些問(wèn)題應(yīng)運(yùn)而生的。雙遠(yuǎn)心鏡頭通過(guò)在光學(xué)系統(tǒng)的中間位置放置孔徑光闌，使主光線一定通過(guò)孔徑中心點(diǎn)，則物體側(cè)和成像側(cè)的主光線一定平行于光軸進(jìn)入鏡頭。入射平行光保證了足夠大的景深范圍，從鏡頭出來(lái)的平行光則保證了即是工作距離在景深范圍內(nèi)發(fā)生大幅度變化，成像的高度也就是放大倍率不會(huì)發(fā)生變化。

第二部分：遠(yuǎn)心鏡頭使用范圍

什么情況下應(yīng)該選用遠(yuǎn)心鏡頭呢?根據(jù)筆者多年從事機(jī)器視覺產(chǎn)品選型的經(jīng)驗(yàn)，再次給讀者一些參考，如下情況，建議選用雙遠(yuǎn)心鏡頭。

1)當(dāng)被檢測(cè)物體厚度較大，需要檢測(cè)不止一個(gè)平面時(shí)，典型應(yīng)用如食品盒，飲料瓶等。

2)當(dāng)被測(cè)物體的擺放位置不確定，可能跟鏡頭成一定角度時(shí)。

3)當(dāng)被測(cè)物體在被檢測(cè)過(guò)程中上下跳動(dòng)，如生產(chǎn)線上下震動(dòng)導(dǎo)致工作距離發(fā)生變化時(shí)。

4)當(dāng)被測(cè)物體帶孔徑、或是三維立體物體時(shí)。

5)當(dāng)需要低畸變率、圖像效果亮度幾乎完全一致時(shí)。

6)當(dāng)需要檢測(cè)的缺陷只在同一方向平行照明下才能檢測(cè)到時(shí)。

7)當(dāng)需要超過(guò)檢測(cè)精度時(shí)，如容許誤差為1um。

第三部分：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：

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)。

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。

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。

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)。

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。