遠心鏡頭的類型介紹

1.物方遠心度

一般意義上的機器視覺遠心鏡頭指的是物方遠心鏡頭，如果鏡頭的入射光瞳位于像方（物鏡后方的一切物體）內(nèi)無限遠的位置（如圖2所示），則可以被稱為物方遠心鏡頭。

圖1. 入射光瞳投射到圖像側(cè)無限遠處的物方遠心鏡頭

在光學(xué)設(shè)計中，通過將系統(tǒng)的光圈光闌放置在前端組的焦點處來實現(xiàn)物方遠心度。由于入射光瞳在無限遠處，因此視場恒定且無視場角。由于主光線（定義系統(tǒng)視場）在光圈光闌處穿過光軸，并且在入射光瞳處穿過光軸，因此當光瞳在無限遠處時，光線會與光軸平行，且視場角為零（圖2）。相比之下，任何在鏡頭有限距離內(nèi)的入射光瞳都會導(dǎo)致非平行主光線（如針對非遠心鏡頭的圖3所追蹤的圖像所示）。

圖2. 主光線與物方內(nèi)的光軸平行的物方遠心鏡頭。請注意，無論物體平面位于何處，視場都不會改變，因為定義視場的主光線與光軸平行。

 圖3. 入射光瞳位于物方主光線穿過光軸的位置，如非遠心鏡頭所示

2.像方遠心鏡頭

物方遠心度由入射光瞳在物方內(nèi)的位置定義，像方遠心度可以由位于物方內(nèi)無限遠處的出射光瞳定義。圖4中顯示了這一情形。

 圖4. 出射光瞳投射到像方無限遠處的像方遠心鏡頭

情況大致相同：如果鏡頭是物方遠心，則物體的放大倍率不會更改，如果鏡頭是像方遠心，放大倍率不會隨傳感器平面的位置更改（如圖5所示）。這意味著傳感器位置允差對相機不像對像方遠心鏡頭那么重要，因為靠近或遠離最佳位置的小偏移不會導(dǎo)致兩個具有相同鏡頭的系統(tǒng)之間出現(xiàn)放大倍率差異。

圖5. 主光線與像方內(nèi)的光軸平行的像方遠心鏡頭。請注意，無論傳感器平面位于何處，像高都不會改變，因為定義像高的主光線與光軸平行。

此外，像方遠心鏡頭不會遭受放射性測量的cos4θ衰減，因為光線垂直于整個區(qū)域內(nèi)的傳感器。這是有利的，因為假設(shè)鏡頭設(shè)計內(nèi)沒尚未構(gòu)建選擇性光暈，它能使圖像的相對照明分布更加均勻。像方遠心度并非遠心鏡頭所有，因為也可以在傳統(tǒng)鏡頭（如固定焦距鏡頭）中指定像方遠心度。不過，市場上大部分固定焦距鏡頭都未設(shè)計為像方遠心，因為它們通常需要額外的元件（因此需要更多成本）來實現(xiàn)遠心度，并且根據(jù)所使用的傳感器尺寸，可能需要相當大的直徑。如果非遠心鏡頭是像方遠心，通常會有標注。

3.雙遠心鏡頭

盡管物方遠心度能提供大大高于傳統(tǒng)鏡頭的測量準確性，但如果鏡頭是物方和像方遠心（雙遠心），還能獲得更高的準確性。像方和物方遠心度的相同原理同樣適用；在雙遠心鏡頭中，入射和出射光瞳投射到各自的無限遠處（如圖6所示）。

圖6. 入射和出射光瞳分別投射到像方和物方無限遠處的雙遠心鏡頭

雙遠心鏡頭是最準確的遠心鏡頭類型，因為其視場不受物體位置或傳感器位置變化導(dǎo)致的更改影響，也不會遭受任何cos4θ衰減。 

圖7顯示了三種不同鏡頭的對比圖-固定焦距鏡頭、僅物方遠心鏡頭和雙遠心鏡頭-x軸表示工作距離(mm)相較于標稱值的更改，y軸表示相較于實際值的尺寸誤差百分比。

圖7. 三種不同鏡頭（非遠心、物方遠心和雙遠心）的對比圖以及與每種鏡頭隨著工作尺寸更改產(chǎn)生的關(guān)聯(lián)尺寸誤差。

如圖所示，雙遠心鏡頭是群組中最準確的鏡頭，工作距離偏移4mm期間的誤差不到0.2%。雙遠心鏡頭應(yīng)該用于需要最高準確性和精度的應(yīng)用中。