双远心镜头——解决视觉项目难题的一盏明灯

`工业镜头是机器视觉采集系统的重要组成部分，远心镜头是镜头家族中相对年轻的成员，并且正以其独特的性能，成为最闪亮的明星。但是，也因为远心镜头被引入时间比较短，其很多特性还未广泛的为人们所熟知。本文即是本着向大家介绍远心镜头基础知识的原则，从远心镜头的原理，应用范围，选型方法三个方面，对其进行综合阐述，揭秘光在远心系统里经历的神秘艺术之旅。
一、远心镜头的原理
     首先，我们从非远心镜头的几个问题说起。第一个问题，一般镜头在成像过程中，当工作距离发生变化时，其所成图像大小会相应的发生变化，造成的结果就是同一个焦距的镜头，对应不同的物距，将会有不同的放大倍率，这一现象跟人类视觉系统的近大远小视觉差类似。这一问题在某些应用场合是可以被忽略甚至加以利用的，但是当我们的视觉系统被用来执行精密测量任务时，这一特性则会成为极大的阻碍。第二个问题，普通的镜头都存在一定范围的景深，当被测物体不在镜头的景深范围内时，图像就会变得模糊，无法清晰聚焦。为此，设计师们在普通镜头上设计了调焦环，当工作距离发生变化时，可以通过调节对焦面来看清楚感兴趣的区域。问题是，如果被测物体本身的深度超出了一定范围，镜头始终没办法同时看清首尾两端，这个问题必须通过其他的途径来解决。第三个问题，随着现在成像芯片分辨率的不断提高，用户对测量精度的要求也越来越苛刻，普通的镜头受制于其光学成像的原理，最好的也只能做到10um左右，视觉检测领域需要精度更高的成像产品。
     双远心镜头即是为了解决这些问题应运而生的。双远心镜头通过在光学系统的中间位置放置孔径光阑，使主光线一定通过孔径中心点，则物体侧和成像侧的主光线一定平行于光轴进入镜头。入射平行光保证了足够大的景深范围，从镜头出来的平行光则保证了即使工作距离在景深范围内发生大幅度变化，成像的高度也就是放大倍率也不会发生变化。
二、远心镜头使用范围
     什么情况下应该选用远心镜头呢？维视图像一直从事于机器视觉产品研发生产，一般在如下情况，建议选用双远心镜头。
        当被检测物体厚度较大，需要检测不止一个平面时，典型应用如食品盒，饮料瓶等；
        当需要检测的缺陷只在同一方向平行照明下才能检测到时；
        当需要超过检测精度时，如容许误差为1um；
        当被测物体带孔径、或是三维立体物体时；
        当需要低畸变率、图像效果亮度几乎完全一致时；
        当被测物体的摆放位置不确定，可能跟镜头成一定角度时；
        当被测物体在被检测过程中上下跳动，如生产线上下震动导致工作距离发生变化时。