远距工业镜头 工业镜头中常说的畸变，远心镜头及远心度

工业镜头中常说的畸变、远心镜头及远心度

畸变也称为失真，是由于光阑球差的影响，不同视场的主光线通过光学系统后与高斯像面的交点高度不等于理想像高，两者之差就是畸变，简单来说就是光学系统对被摄物所成的像相对于物体本身的失真程度。因此畸变只改变轴外物点在理想面上的成像位置，使像的形状产生失真，但不影响像的清晰度。

畸变有正负之分。分为枕形畸变和桶形畸变。

畸变类型

畸变通常有两种计算方法：光学畸变（Optical distortion）和TV失真（TV distortion），其计算方法为：

如何利用镜头畸变的参数来计算测量误差？在此举例说明。

若相机芯片为2/3’(对角线为11mm,像元尺寸为3.45um), 某镜头光学畸变率为dist=0.05%， 有y=5.5mm, 则Δy=dist*y/100=0.05%x5.5mm/100=2.75µm. 故此畸变导致像发生了2.75µm的偏移，小于一个像素。

推荐看看茉丽特MML系列远心镜头及ML-MCHR系列微距镜头畸变率都极小（0.0x%~0.00x%）,通常无需做畸变校正，故使用起来非常方便。

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，这种现象叫做透视误差。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。

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。茉丽特MML系列为物方远心镜头，MTL系列为双侧远心镜头。

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。

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。茉丽特远心镜头远心度大都为0.0x°.

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。但前几期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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机器视觉系统之工业镜头介绍

机器视觉系统中，镜头相当于人的眼睛，其主要作用是将目标的光学图像聚焦在图像传感器（相机）的光敏面阵上。视觉系统处理的所有图像信息均通过镜头得到，镜头的质量直接影响到视觉系统的整体性能。一旦信息在成像系统有严重损失，在后面的环节中试图恢复是非常困难的。合理选择镜头、设计成像光路是视觉系统的关键技术之一。

镜头的种类繁多，从焦距上分类，可以分为短焦距、中焦距、长焦距和变焦距镜头；从视场的大小分类，可以分为广角、标准、远摄镜头；从结构上分类，还可以分为固定光圈定焦镜头、手动光圈定焦镜头，自动光圈定焦镜头，手动变焦镜头、自动光圈电动变焦镜头、电动三可变镜头（光圈、焦距、聚焦这三者均可）等类型。

镜头成像或多或少会存在畸变。较大的畸变会给视觉系统带来很大困扰，在成像设计时应对此有详细的考虑，包括选用畸变小的镜头，有效视场只取畸变较小的中心视场等。镜头另一个特性是其光谱特性，主要受镜头镀膜的干涉特性和材料的吸收特性影响。要求尽量做到镜头最高分辨率的光线应与照明波长、CCD器件接受波长相匹配，并使光学镜头对该波长的光线透过率尽可能提高。在成像系统中选用适当的滤光片可以达到一些特殊的效果。另外，成像光路的设计还需要重视各种杂散光的影响。

镜头也是电视监控中必不可少的部件，镜头与 CCD 工业相机配合，可以将远距离目标成像在工业相机的 CCD 靶面上，再通过它将光学成像系统所形成的光学图像转变成视频/数字信号。维视图像生产研发的工业镜头，采用超低失真设计，低畸变率，具有多种光学校正方式，最大限度的减少像差的发生，使其在空间频率数高的频带处也可维持较高的MTF值，对比度清晰度高，镜头坚固的机械设计，调节后的锁定装置，非常适合工厂自动化、机器视觉、图像处理等对画质要求非常高的场合，能配合百万像素以上1/3，1/2，2/3工业相机使用，广泛应用于工业安全监控，高精确测量、检测、识别等工业机器视觉和图像处理系统中。

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