机器视觉光学基础概念—远心镜头及远心度

Posted By: Dz Optics In: 行业资讯 On: Thursday, July 26, 2018 Comment: 0 Hit: 143

导读:当人眼观察同一个物体,近距离时,感觉物体比较大,远距离时,感觉物体比较远,这钟现象叫做透视误差。普通镜头也存在这个现象,但当测量应用时,透视误差会带来测量误差,因此通常需要用远心镜头来消除透视误差。

      一、远心镜头:

  相信大家都有这样的经验:当人眼观察同一个物体,近距离时,感觉物体比较大,远距离时,感觉物体比较远,这钟现象叫做透视误差。普通镜头也存在这个现象,但当测量应用时,透视误差会带来测量误差,因此通常需要用远心镜头来消除透视误差。

  机器视觉领域里常用的远心镜头为:物方远心镜头和双侧远心镜头。

  物方远心镜头是在镜头的像方焦平面处设置孔径光阑,使得轴外点主光线平行于光轴。所以物体在物方景深范围内平移时,尽管A1B1成像在A1’B1’的地方不与AB的像A’B’重合,但投影在相机芯片上两个弥散圆的中心间距没有变,即像的高度y’不变,因此不会产生测量误差。

  双侧远心镜头则通过在物方和像方焦平面处都设置孔径光阑来实现。

  对于大多数应用,由于相机芯片到镜头接口处的法兰距离是固定不变的,只存在物体在物方景深范围内距离变化而产生的透视误差,此时物方远心镜头就能满足要求了。只有当由于安装或相机芯片精度等因素导致的芯片到镜头接口处的法兰距离可变时,需要用双侧远心镜头来消除物方和像方产生的透视误差。

      二、远心度:

  有经验的工程师会发现,不同厂家的远心镜头消除透视误差的能力也有差异,这是因为远心度不同。远心度定义为主光线与光轴间的夹角θ,如图所示。

  假设物体高低差d=2mm, 镜头远心度θ=0.05°,则物体位置偏移量=2mm*tan0.05°=1.7µm. 若选用普通镜头θ=15°,则物体位置偏移量=2mm*tan15°=535.9µm。因此对于非平面物体的测量应用,只有选用远心度高的远心镜头,才能很好的消除透视误差,从而减小测量误差。

  另外,大多数工程师对景深和远心度有误解,认为远心镜头的景深比普通镜头大。前面文章中我们专门讨论过景深,知道景深只与弥散斑直径、镜头Fno.、放大倍率相关,与远心度无关。

  远心镜头优点:(1)最突出特点是消除透视误差;(2)通常远心镜头的畸变都非常小;(3)通常远心镜头的相对照度都很好。

  远心镜头缺点:由于远心光路限制,远心镜头的镜筒直径>FOV;因此当被测物很大时,远心镜头体积会非常庞大,成本也高。

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