遠(yuǎn)心鏡頭（Telecentric），主要是為糾正傳統(tǒng)鏡頭的視差而特殊設(shè)計(jì)的鏡頭，它可以在一定的物距范圍內(nèi)，使得到的圖像放大倍率不會隨物距的變化而變化，這對被測物不在同一物面上的情況是非常重要的應(yīng)用。 遠(yuǎn)心鏡頭由于其特有的平行光路設(shè)計(jì)一直為對鏡頭畸變要求很高的機(jī)器視覺應(yīng)用場合所青睞，目前世界知名鏡頭廠商如美國Navitar、德國施乃德、Opto Engineering、日本Kowa等廠商已經(jīng)有了自己品牌的遠(yuǎn)心鏡頭產(chǎn)品線。但是遠(yuǎn)心鏡頭由于應(yīng)用領(lǐng)域不是非常廣泛一直帶著神秘色彩而不為人所熟知，下面讓專家來引導(dǎo)我們一起破解遠(yuǎn)心鏡頭神秘的平行光藝術(shù)。

Navitar、施乃德、Opto Engineering、computar、Kowa這些知名的鏡頭企業(yè)都有自己的遠(yuǎn)心鏡頭產(chǎn)品線。 我們知道遠(yuǎn)心鏡頭有普通鏡頭所不具有的平行光路的獨(dú)特性，那么實(shí)現(xiàn)這種平行光是否是遠(yuǎn)心鏡頭的制造難點(diǎn)？除了這個(gè)技術(shù)特性外，遠(yuǎn)心鏡頭的研發(fā)、制造還有哪些技術(shù)難點(diǎn)？Mr.Claudio Sedazzari總裁以他多年的經(jīng)驗(yàn)向我們介紹到Opto Engineering鏡頭本身的設(shè)計(jì)要求十分苛刻，以確保優(yōu)秀的遠(yuǎn)心特性。組成鏡頭的光學(xué)零件和機(jī)械零件的制造過程更為嚴(yán)格。對此Opto Engineering開發(fā)了專用設(shè)備，用于對這些零部件進(jìn)行測試。同時(shí)，對于每組鏡頭的測試與定標(biāo)，Opto Engineering都倍加用心。該公司投入了數(shù)年的時(shí)間和數(shù)目可觀的資金用于研發(fā)這些設(shè)備，以這些設(shè)備為依托，Opto Engineering可以制作出足以應(yīng)對機(jī)器視覺使用的遠(yuǎn)心鏡頭。CBC梁立經(jīng)理介紹，設(shè)計(jì)平行光成像的遠(yuǎn)心鏡頭理論上并不復(fù)雜，但若想達(dá)到一定解析能力和成像質(zhì)量就是另外一回事了。遠(yuǎn)心鏡頭的設(shè)計(jì)和制造難度確實(shí)要大于一般意義上的鏡頭，究其原因是由于遠(yuǎn)心鏡頭光學(xué)鏡片的尺寸都比較大，使得邊緣光線的各類相差的校正難度增大，要想獲得良好的邊緣視場的成像質(zhì)量，需要更高的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造精度，有很多時(shí)候是需要設(shè)計(jì)者具有比較豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)方能實(shí)現(xiàn)的。

遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)圖示

曾經(jīng)有一種觀點(diǎn)認(rèn)為遠(yuǎn)心鏡頭主要解決畸變問題，那么普通工業(yè)鏡頭通過與標(biāo)定板的組合可以有意識的通過軟件算法矯正，也就是說遠(yuǎn)心鏡頭是可以替代的。CBC梁立經(jīng)理及Mr.Claudio Sedazzari都對這種觀點(diǎn)做了一定的反駁。梁經(jīng)理認(rèn)為，遠(yuǎn)心鏡頭解決的不單單是畸變的問題，遠(yuǎn)心鏡頭的獨(dú)特光學(xué)特性決定了其在某些場和是無法采用普通工業(yè)鏡頭予以替代的，例如其更大的景深范圍可以很好地適應(yīng)現(xiàn)場的工作環(huán)境，這不是只通過算法就能解決的問題。Mr.Claudio Sedazzari總裁也提出了類似的看法，他認(rèn)為：遠(yuǎn)心鏡頭的主要特點(diǎn)并不是低畸變，而是遠(yuǎn)心特性：物體在視場內(nèi)移動時(shí)，其在不同位置的放大率不會發(fā)生改變，另外，對于物體上不同物距的特征，可以在同一時(shí)刻完成檢測。低畸變只是遠(yuǎn)心鏡頭的附加屬性。典型的遠(yuǎn)心鏡頭是低畸變的，然而許多其它種類的優(yōu)質(zhì)鏡頭畸變也相當(dāng)小。不過非遠(yuǎn)心的光學(xué)系統(tǒng)在大多數(shù)測量應(yīng)用中是不宜使用的，因?yàn)檫@種光學(xué)系統(tǒng)無法確保視場內(nèi)一致的放大率，于是總會造成測量精度的下降。
 

物體在視場內(nèi)移動時(shí)，其在不同位置的放大率不會發(fā)生改變

低畸變只是遠(yuǎn)心鏡頭的附加屬性，但很多人選用遠(yuǎn)心鏡頭也是沖著遠(yuǎn)心鏡頭可以很好的解決畸變問題而去的。那么遠(yuǎn)心鏡頭可以完全解決畸變的問題嗎？ 如果不行我們該如何看待遠(yuǎn)心鏡頭的畸變呢？Mr.Claudio Sedazzari總裁認(rèn)為盡管遠(yuǎn)心鏡頭能夠提供精準(zhǔn)的影像，然而它們也并非完美，也就是說遠(yuǎn)心鏡頭還是存在一定的殘留畸變。在許多情況下這些畸變?nèi)绱宋⑿。灾劣谠谑褂眠h(yuǎn)心鏡頭時(shí)可以在不需標(biāo)定的情況下完成測量。然而，大多數(shù)精確測量的場合需要對微小畸變進(jìn)行標(biāo)定，方法是采集精確的灰度圖像并進(jìn)行精確分析以測量畸變。標(biāo)定結(jié)果非常重要，我們提供的遠(yuǎn)心鏡頭配有優(yōu)秀的標(biāo)定軟件，程序能夠提供極其精確而且重復(fù)性較高的結(jié)果。CBC梁立經(jīng)理認(rèn)為任何一款鏡頭都會有畸變產(chǎn)生，完美的光學(xué)鏡頭在現(xiàn)實(shí)中是不存在的，所以完全消除解決畸變是不現(xiàn)實(shí)的。在實(shí)際的應(yīng)用中，我們應(yīng)該首先明確具體項(xiàng)目要求對畸變的最大容忍程度，然后再依此來選擇鏡頭。CBC可以提供TEC-M55鏡頭畸變的詳細(xì)數(shù)據(jù)以供使用者參考。

經(jīng)過這些年機(jī)器視覺在中國的發(fā)展，大家在系統(tǒng)集成中對普通鏡頭的選型已經(jīng)有了一定的了解，但是對遠(yuǎn)心鏡頭的選型還經(jīng)常是一頭霧水，即便在技術(shù)人員的幫助下選擇完鏡頭，在使用過程中還是不知道該注意哪些問題。針對這個(gè)問題，CBC梁立經(jīng)理介紹到，遠(yuǎn)心鏡頭和相機(jī)的匹配選擇原則和普通工業(yè)鏡頭是一樣的，只要其靶面的規(guī)格大于或等于相機(jī)的靶面即可。使用過程中請留意，在遠(yuǎn)心鏡頭的物鏡垂直下方區(qū)域范圍的都是遠(yuǎn)心成像，而超出此范圍的區(qū)域，就不是嚴(yán)格意義上的遠(yuǎn)心成像了，這點(diǎn)在實(shí)際的使用中一定要注意，否則會產(chǎn)生不必要的偏差。Mr.Claudio Sedazzari總裁告訴我們，遠(yuǎn)心鏡頭的選擇必須與所用相機(jī)的圖像傳感器相配，就像所有用于圖像采集的光學(xué)系統(tǒng)那樣，圖像傳感器決定所得圖像的最大尺寸，比如，為1/3”的圖像傳感器定制的鏡頭不宜與2/3”的圖像傳感器配合使用，否則將導(dǎo)致暈影。遠(yuǎn)心鏡頭具有高分辨力的特性，因此選擇與其配合使用的圖像傳感器時(shí)，可以選用像素尺寸更小的產(chǎn)品，像素越小，圖像分辨力越高。另一方面，遠(yuǎn)心鏡頭的分辨力也不是無限高的，因此也不宜與像素尺寸極小的圖像傳感器配合使用。配合遠(yuǎn)心鏡頭使用的圖像傳感器典型尺寸為1/3”和2/3”，用戶選擇時(shí)還要注意所用傳感器的像素尺寸最好大于4微米。此外大尺寸的圖像傳感器也不宜選用，與大尺寸傳感器配合使用的遠(yuǎn)心鏡頭需要有更大的光學(xué)放大率，從而景深會更小。過小的景深將引起對比度的下降，結(jié)果會降低分辨力。

遠(yuǎn)心鏡頭由于其特有的遠(yuǎn)心特性和低畸變屬性在機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用中占據(jù)著極為特殊的位置，能夠生產(chǎn)制造質(zhì)量優(yōu)秀的遠(yuǎn)心鏡頭在某種意義上也成為一個(gè)鏡頭廠商設(shè)計(jì)、制造能力的體現(xiàn)。在未來的機(jī)器視覺產(chǎn)品市場上，我們必將看到更多的遠(yuǎn)心鏡頭產(chǎn)品。就此Mr.Claudio Sedazzari總裁對世界遠(yuǎn)心鏡頭的發(fā)展現(xiàn)狀及遠(yuǎn)心鏡頭未來的技術(shù)發(fā)展方向談了他自己的看法。他認(rèn)為，遠(yuǎn)心鏡頭主要用于使用機(jī)器視覺的測量領(lǐng)域，在機(jī)器視覺中的應(yīng)用僅占5%，因此這種鏡頭的使用量難以超越普通鏡頭，此外普通鏡頭的價(jià)格要相對低廉很多。因此遠(yuǎn)心鏡頭將維持較小的市場占有量及較少的應(yīng)用領(lǐng)域。Mr.Claudio Sedazzari總裁期待中國睿智的機(jī)器視覺集成商們使用遠(yuǎn)心鏡頭開發(fā)出先進(jìn)的視覺系統(tǒng)，用以取代傳統(tǒng)的檢測技術(shù)，比如接觸測量、激光測徑、輪廓投影儀等。CBC梁立經(jīng)理也介紹了Computar遠(yuǎn)心鏡頭產(chǎn)品線發(fā)展計(jì)劃。在2009年CBC會推出分辨率更高，靶面規(guī)格更大的遠(yuǎn)心鏡頭，主要配合當(dāng)前更高規(guī)格相機(jī)的要求。2009年即將上市的的鏡頭其解像能力可以達(dá)到3百萬像素以上，靶面尺寸也做到了1”以上，這對于更大幅面、更高精度的測量要求應(yīng)該是一件很好的事情。談及遠(yuǎn)心鏡頭在今后視覺領(lǐng)域的發(fā)展方向梁經(jīng)理認(rèn)為想也會沿著這兩條主線進(jìn)行，CBC會力爭開發(fā)出更多優(yōu)秀的產(chǎn)品，不斷的豐富、充實(shí)已有的產(chǎn)品線。 #p#分頁標(biāo)題#e#