隨著機(jī)器視覺系統(tǒng)在精密檢測(cè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，普通光學(xué)鏡頭的局限性逐漸顯現(xiàn)。無(wú)論是影像的變形、視角選擇造成的誤差，還是不適當(dāng)光源干擾下造成的邊界不確定性，都在影響著測(cè)量精度。

為了彌補(bǔ)普通鏡頭的這些不足，遠(yuǎn)心鏡頭應(yīng)運(yùn)而生。它主要為糾正傳統(tǒng)工業(yè)鏡頭視差而設(shè)計(jì)，能夠在一定的物距范圍內(nèi)，使得到的圖像放大倍率不會(huì)變化，這對(duì)于被測(cè)物不在同一物面上的情況尤為重要。

一、遠(yuǎn)心鏡頭的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)

遠(yuǎn)心鏡頭之所以能成為精密檢測(cè)的理想選擇，源于其獨(dú)特的光學(xué)設(shè)計(jì)帶來(lái)的諸多優(yōu)勢(shì)。首先是消除透視誤差的能力，傳統(tǒng)鏡頭成像時(shí)，物體離鏡頭越遠(yuǎn)顯得越小，這是基本的透視原理。而遠(yuǎn)心鏡頭確保只有與光軸近乎平行的光線進(jìn)入鏡頭，無(wú)論物體在景深內(nèi)如何移動(dòng)，其在圖像中的尺寸保持恒定。

其次是無(wú)視深度變化，對(duì)于厚度不一或表面不平整的物體，比如芯片和精密零件，遠(yuǎn)心鏡頭能提供邊緣清晰、尺寸一致的圖像，極大提升了測(cè)量和缺陷檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

遠(yuǎn)心鏡頭還具有低畸變控制的特性，確保圖像幾何保真度，這是高精度尺寸測(cè)量的基礎(chǔ)。

超大景深是另一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)，遠(yuǎn)心鏡頭比普通鏡頭有更大的景深，在景深范圍內(nèi)，沒有放大倍率的變化，目標(biāo)圖像尺寸保持不變。

這些特性綜合起來(lái)，使得遠(yuǎn)心鏡頭能夠在不同位置、不同高度工件邊緣清晰成像，成為高精度視覺檢測(cè)的利器。

二、遠(yuǎn)心鏡頭的關(guān)鍵參數(shù)

選擇遠(yuǎn)心鏡頭時(shí)，我們需要關(guān)注幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：

倍率

放大倍率是指物體尺寸與影像尺寸的比例，遠(yuǎn)心鏡頭通常提供固定的放大倍率，如0.5倍、1倍、2倍等。

工作距離

工作距離是一個(gè)重要參數(shù)，指鏡頭第一個(gè)工作面到被測(cè)物體的距離。不同型號(hào)的鏡頭工作距離不同。

分辨率

分辨率指的是鏡頭所能分辨的兩個(gè)點(diǎn)的最小間隔，通常以微米為單位。

景深

景深是指物體從最佳焦點(diǎn)前后移動(dòng)時(shí)，出現(xiàn)最銳利焦點(diǎn)的最近點(diǎn)與最遠(yuǎn)點(diǎn)之間的距離。景深大小與放大倍率相關(guān)，像/物倍率越大景深越小。

三、視野計(jì)算的公式與方法

在機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，視野計(jì)算是基礎(chǔ)且關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。視野指的是使用照相機(jī)后看到的物體側(cè)的范圍。

視野的大小通常與照相機(jī)的有效區(qū)域及倍率有關(guān)，一般知其二便可計(jì)算第三個(gè)。基本計(jì)算公式為，視野等于照相機(jī)有效區(qū)域的尺寸除以光學(xué)倍率。

舉個(gè)例子，如果光學(xué)放大倍率為0.5倍，相機(jī)傳感器尺寸是 6.144 mm × 4.915 mm，那么水平視野=6.144/0.5=12.288mm，垂直視野=4.915/0.5=9.83mm。

對(duì)于遠(yuǎn)心鏡頭，視野的確定遵循相同原理，F(xiàn)OV = CCD格式大小除以鏡頭放大倍率。掌握了這個(gè)公式，我們?cè)谠O(shè)計(jì)視覺系統(tǒng)時(shí)就能準(zhǔn)確知道能夠覆蓋的檢測(cè)范圍。

四、如何選擇適合的遠(yuǎn)心鏡頭

選擇遠(yuǎn)心鏡頭是一項(xiàng)需要綜合考慮多方面因素的工作。首先要明確的是，并不是所有應(yīng)用都需要遠(yuǎn)心鏡頭，但當(dāng)遇到以下情況時(shí)，最好選用遠(yuǎn)心鏡頭。

當(dāng)需要檢測(cè)有厚度的物體時(shí)，需要檢測(cè)不在同一平面的物體時(shí)，當(dāng)不清楚物體到鏡頭的距離究竟是多少時(shí)，當(dāng)需要檢測(cè)帶孔徑、三維的物體時(shí)，當(dāng)需要低畸變、圖像效果亮度幾乎完全一致時(shí)，以及當(dāng)缺陷只在同一方向平行照明下才能檢測(cè)到時(shí)。

選型過(guò)程中需要重點(diǎn)考慮幾個(gè)指標(biāo)，物方尺寸（拍攝范圍）、像方尺寸（使用的CCD的靶面大小）、工作距離（物方鏡頭前表面距離拍攝物的距離）、分辨率（使用的CCD像素大小）、景深（鏡頭能成清晰像的范圍）以及接口（照相機(jī)接口，多為C，T等接口）。

根據(jù)使用情況選擇物方尺寸合適的物方鏡頭和CCD或CMOS相機(jī)，同時(shí)得到像方尺寸，即可計(jì)算出放大倍率，然后選擇合適的鏡頭。

工業(yè)機(jī)器視覺中的遠(yuǎn)心鏡頭，雖然只是整個(gè)系統(tǒng)中的一個(gè)組件，卻發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它的獨(dú)特光學(xué)設(shè)計(jì)消除了透視誤差，控制了畸變，提供了穩(wěn)定的放大倍率和足夠的景深，使得精密檢測(cè)成為可能。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，遠(yuǎn)心鏡頭也在向更小體積、更高分辨率、更強(qiáng)適應(yīng)性的方向發(fā)展。國(guó)產(chǎn)遠(yuǎn)心鏡頭的崛起為市場(chǎng)提供了更多選擇，讓更多企業(yè)能夠以合理的成本享受到高精度光學(xué)組件帶來(lái)的價(jià)值。