遠心鏡頭（Telecentric），主要是為糾正傳統(tǒng)鏡頭的視差而特殊設計的鏡頭，它可以在一定的物距范圍內，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用。 遠心鏡頭由于其特有的平行光路設計一直為對鏡頭畸變要求很高的機器視覺應用場合所青睞，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)有了自己品牌的遠心鏡頭產(chǎn)品線。但是遠心鏡頭由于應用領域不是非常廣泛一直帶著神秘色彩而不為人所熟知，下面讓專家來引導我們一起破解遠心鏡頭神秘的平行光藝術。
Navitar、施乃德、Opto Engineering、computar、Kowa這些知名的鏡頭企業(yè)都有自己的遠心鏡頭產(chǎn)品線。 我們知道遠心鏡頭有普通鏡頭所不具有的平行光路的獨特性，那么實現(xiàn)這種平行光是否是遠心鏡頭的制造難點？除了這個技術特性外，遠心鏡頭的研發(fā)、制造還有哪些技術難點？Mr.Claudio Sedazzari總裁以他多年的經(jīng)驗向我們介紹到Opto Engineering鏡頭本身的設計要求十分苛刻，以確保優(yōu)秀的遠心特性。組成鏡頭的光學零件和機械零件的制造過程更為嚴格。對此Opto Engineering開發(fā)了專用設備，用于對這些零部件進行測試。同時，對于每組鏡頭的測試與定標，Opto Engineering都倍加用心。該公司投入了數(shù)年的時間和數(shù)目可觀的資金用于研發(fā)這些設備，以這些設備為依托，Opto Engineering可以制作出足以應對機器視覺使用的遠心鏡頭。CBC梁立經(jīng)理介紹，設計平行光成像的遠心鏡頭理論上并不復雜，但若想達到一定解析能力和成像質量就是另外一回事了。遠心鏡頭的設計和制造難度確實要大于一般意義上的鏡頭，究其原因是由于遠心鏡頭光學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量，需要更高的產(chǎn)品設計和制造精度，有很多時候是需要設計者具有比較豐富的設計經(jīng)驗方能實現(xiàn)的。
遠心光學系統(tǒng)圖示
曾經(jīng)有一種觀點認為遠心鏡頭主要解決畸變問題，那么普通工業(yè)鏡頭通過與標定板的組合可以有意識的通過軟件算法矯正，也就是說遠心鏡頭是可以替代的。CBC梁立經(jīng)理及Mr.Claudio Sedazzari都對這種觀點做了一定的反駁。梁經(jīng)理認為，遠心鏡頭解決的不單單是畸變的問題，遠心鏡頭的獨特光學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，他認為：遠心鏡頭的主要特點并不是低畸變，而是遠心特性：物體在視場內移動時，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，可以在同一時刻完成檢測。低畸變只是遠心鏡頭的附加屬性。典型的遠心鏡頭是低畸變的，然而許多其它種類的優(yōu)質鏡頭畸變也相當小。不過非遠心的光學系統(tǒng)在大多數(shù)測量應用中是不宜使用的，因為這種光學系統(tǒng)無法確保視場內一致的放大率，于是總會造成測量精度的下降。
物體在視場內移動時，其在不同位置的放大率不會發(fā)生改變
低畸變只是遠心鏡頭的附加屬性，但很多人選用遠心鏡頭也是沖著遠心鏡頭可以很好的解決畸變問題而去的。那么遠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心鏡頭的畸變呢？Mr.Claudio Sedazzari總裁認為盡管遠心鏡頭能夠提供精準的影像，然而它們也并非完美，也就是說遠心鏡頭還是存在一定的殘留畸變。在許多情況下這些畸變如此微小，以至于在使用遠心鏡頭時可以在不需標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行標定，方法是采集精確的灰度圖像并進行精確分析以測量畸變。標定結果非常重要，我們提供的遠心鏡頭配有優(yōu)秀的標定軟件，程序能夠提供極其精確而且重復性較高的結果。CBC梁立經(jīng)理認為任何一款鏡頭都會有畸變產(chǎn)生，完美的光學鏡頭在現(xiàn)實中是不存在的，所以完全消除解決畸變是不現(xiàn)實的。在實際的應用中，我們應該首先明確具體項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鏡頭畸變的詳細數(shù)據(jù)以供使用者參考。
經(jīng)過這些年機器視覺在中國的發(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，但是對遠心鏡頭的選型還經(jīng)常是一頭霧水，即便在技術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。針對這個問題，CBC梁立經(jīng)理介紹到，遠心鏡頭和相機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)格大于或等于相機的靶面即可。使用過程中請留意，在遠心鏡頭的物鏡垂直下方區(qū)域范圍的都是遠心成像，而超出此范圍的區(qū)域，就不是嚴格意義上的遠心成像了，這點在實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，遠心鏡頭的選擇必須與所用相機的圖像傳感器相配，就像所有用于圖像采集的光學系統(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，否則將導致暈影。遠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，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心鏡頭需要有更大的光學放大率，從而景深會更小。過小的景深將引起對比度的下降，結果會降低分辨力。
遠心鏡頭由于其特有的遠心特性和低畸變屬性在機器視覺系統(tǒng)應用中占據(jù)著極為特殊的位置，能夠生產(chǎn)制造質量優(yōu)秀的遠心鏡頭在某種意義上也成為一個鏡頭廠商設計、制造能力的體現(xiàn)。在未來的機器視覺產(chǎn)品市場上，我們必將看到更多的遠心鏡頭產(chǎn)品。就此Mr.Claudio Sedazzari總裁對世界遠心鏡頭的發(fā)展現(xiàn)狀及遠心鏡頭未來的技術發(fā)展方向談了他自己的看法。他認為，遠心鏡頭主要用于使用機器視覺的測量領域，在機器視覺中的應用僅占5%，因此這種鏡頭的使用量難以超越普通鏡頭，此外普通鏡頭的價格要相對低廉很多。因此遠心鏡頭將維持較小的市場占有量及較少的應用領域。Mr.Claudio Sedazzari總裁期待中國睿智的機器視覺集成商們使用遠心鏡頭開發(fā)出先進的視覺系統(tǒng)，用以取代傳統(tǒng)的檢測技術，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遠心鏡頭產(chǎn)品線發(fā)展計劃。在2009年CBC會推出分辨率更高，靶面規(guī)格更大的遠心鏡頭，主要配合當前更高規(guī)格相機的要求。2009年即將上市的的鏡頭其解像能力可以達到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該是一件很好的事情。談及遠心鏡頭在今后視覺領域的發(fā)展方向梁經(jīng)理認為想也會沿著這兩條主線進行，CBC會力爭開發(fā)出更多優(yōu)秀的產(chǎn)品，不斷的豐富、充實已有的產(chǎn)品線。 #p#分頁標題#e#
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