關(guān)于遠(yuǎn)心鏡頭的原理、應(yīng)用范圍及其選型
工業(yè)鏡頭是機(jī)器視覺采集系統(tǒng)的重要組成部分,遠(yuǎn)心鏡頭是鏡頭大家族中相對年輕的成員,并且正以其獨特的性能,成為最善良的明星,什么是遠(yuǎn)心鏡頭,遠(yuǎn)心鏡頭的原理。但是,也因為遠(yuǎn)心鏡頭被引入時間比較短,其很多特性還未廣泛的為人們所熟知,本文即是本著向大家介紹遠(yuǎn)心鏡頭基礎(chǔ)知識的原則,從遠(yuǎn)心鏡頭的原理,應(yīng)用范圍,選型方法三個方面,對其進(jìn)行綜合闡述,揭秘光在遠(yuǎn)心系統(tǒng)里經(jīng)歷的神秘的藝術(shù)之旅。
第一部分:遠(yuǎn)心鏡頭的原理說明
首先,我們從非遠(yuǎn)心鏡頭的幾個問題說起。第一個問題,一般鏡頭在成像過程中,當(dāng)工作距離發(fā)生變化時,其所成圖像大小會相應(yīng)的發(fā)生變化,造成的結(jié)果就是同一個焦距的鏡頭,對應(yīng)不同的物距,將會有不同的放大倍率,這一現(xiàn)象跟人類視覺系統(tǒng)的近大遠(yuǎn)小視覺差類似。這一問題在某些應(yīng)用場合是可以被忽略甚至加以利用的,但是當(dāng)我們的視覺系統(tǒng)被用來執(zhí)行精密測量任務(wù)時,這一特性則會成為極大的阻礙。第二個問題,普通的鏡頭都存在一定范圍的景深,當(dāng)被測物體不在鏡頭的景深范圍內(nèi)時,圖像就會變得模糊,無法清晰聚焦,為此,設(shè)計師們在普通鏡頭上設(shè)計了調(diào)焦環(huán),當(dāng)工作距離發(fā)生變化時,可以通過調(diào)節(jié)對焦面來看清楚感興趣的區(qū)域。問題是,如果被測物體本身的深度超出了一定范圍,鏡頭始終沒辦法同時看清首尾兩端,這個問題,必須通過其他的途徑來解決。第三個問題,隨著現(xiàn)在成像芯片分辨率的不斷提高,用戶對測量精度的要求也越來越苛刻,普通的`鏡頭受制于其光學(xué)成像的原理,最好的也只能做到10um左右,視覺檢測領(lǐng)域需要精度更高的成像產(chǎn)品。
雙遠(yuǎn)心鏡頭即是為了解決這些問題應(yīng)運而生的。雙遠(yuǎn)心鏡頭通過在光學(xué)系統(tǒng)的中間位置放置孔徑光闌,使主光線一定通過孔徑中心點,則物體側(cè)和成像側(cè)的主光線一定平行于光軸進(jìn)入鏡頭。入射平行光保證了足夠大的景深范圍,從鏡頭出來的平行光則保證了即是工作距離在景深范圍內(nèi)發(fā)生大幅度變化,成像的高度也就是放大倍率不會發(fā)生變化。
第二部分:遠(yuǎn)心鏡頭使用范圍
什么情況下應(yīng)該選用遠(yuǎn)心鏡頭呢?根據(jù)筆者多年從事機(jī)器視覺產(chǎn)品選型的經(jīng)驗,再次給讀者一些參考,如下情況,建議選用雙遠(yuǎn)心鏡頭。
1)當(dāng)被檢測物體厚度較大,需要檢測不止一個平面時,典型應(yīng)用如食品盒,飲料瓶等。
2)當(dāng)被測物體的擺放位置不確定,可能跟鏡頭成一定角度時。
3)當(dāng)被測物體在被檢測過程中上下跳動,如生產(chǎn)線上下震動導(dǎo)致工作距離發(fā)生變化時。
4)當(dāng)被測物體帶孔徑、或是三維立體物體時。
5)當(dāng)需要低畸變率、圖像效果亮度幾乎完全一致時。
6)當(dāng)需要檢測的缺陷只在同一方向平行照明下才能檢測到時。
7)當(dāng)需要超過檢測精度時,如容許誤差為1um。
第三部分:遠(yuǎn)心鏡頭的選型方法
遠(yuǎn)心鏡頭的選型辦法其實跟普通光學(xué)系統(tǒng)中的鏡頭類似,需要關(guān)注的幾個點如下:
兼容的CCD靶面尺寸。這一點跟普通鏡頭的選擇類似,要求遠(yuǎn)心鏡頭兼容的CCD靶面大于或等于配套的相機(jī)靶面,否則會造成分辨率的浪費。
接口類型。目前遠(yuǎn)心鏡頭提供的接口類型也跟普通鏡頭類似,有C口,F(xiàn)口等,只要跟相機(jī)配套即可使用。
放大倍率,或成像范圍。當(dāng)放大倍率和CCD靶面確定時,成像范圍即確定,反之亦然。
工作距離。一般以上三點選定的情況下,工作距離已經(jīng)確定在一個范圍之內(nèi),這是其成像光路決定的。需要注意的就是此工作距離是否滿足實際使用要求。當(dāng)選用遠(yuǎn)心系統(tǒng)進(jìn)行檢測時,我們建議先選定鏡頭,依據(jù)其工作距離設(shè)計其他機(jī)械結(jié)構(gòu)。
景深范圍。在滿足前面幾個使用條件的前提下,景深范圍越大,說明遠(yuǎn)心系統(tǒng)的光學(xué)特性越好,在選型時可作為參考。
因為遠(yuǎn)心鏡頭的這些特性,導(dǎo)致其生產(chǎn)工藝要求非常高,所以目前主要的生產(chǎn)廠家都在國外,維視圖像作為國內(nèi)領(lǐng)先的遠(yuǎn)心光學(xué)自主品牌,其BT系列雙遠(yuǎn)心產(chǎn)品以其超高的精度,穩(wěn)定性和性價比,正在取得越來越多客戶的認(rèn)可,希望在遠(yuǎn)心光學(xué)這條路上,我們能陪伴您一起成長,為機(jī)器視覺這個大家庭的建設(shè),貢獻(xiàn)自己的一份力量。
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