遠心鏡頭（Telecentric lens）是為糾正傳統(tǒng)鏡頭視差而設(shè)計，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變化，簡單地說，這種鏡頭拍出來的圖像沒有近大遠小關(guān)系。這對被測物不在同一物面上的情況是非常重要的應用。

普通的薄透鏡在成像過程中，隨著成像屏的位置不同，也就是像距的不同，會看到不同的像。這是因為不同物的物距不同，每一個物都向透鏡發(fā)出無數(shù)條光線，在這之中有兩條特殊的光線：一條是平行于光軸，即垂直入射透鏡的光線；一條是穿過透鏡中心的光線。這兩條光線經(jīng)過透鏡后，垂直入射的光線必穿過透鏡的焦點，而穿過透鏡中心的光線的傳播方向不變。通過找到兩條特殊光線在像方的焦點，即可找到對應的像的位置。所以如下圖1.1所示，黑色的物和紅色物經(jīng)過透鏡后成像的位置不同。

這就使得在不清楚透鏡焦距時，具體的物的成像位置很難確定。其次，透鏡自身或是傳播介質(zhì)的情況不理想就會導致像差，這樣即使找到了正確的像的位置，也不能得到清晰的像。

為了解決不清楚具體成像位置的問題，人們在像方焦點處加上了一個小孔。本質(zhì)上就是加上了一個光闌。光闌可以限制進入其后方的光線。放入光闌后的薄透鏡的成像光路圖如圖1.2所示。

由上圖可見，同樣的黑色和紅色物體經(jīng)過同樣的透鏡，成像于像方，但是在像方焦點的位置多出了一個光闌，光闌限制了光的進入，使得只有平行于光軸，或者說只有垂直于透鏡入射的光線，可以穿過光闌，其他所有方向的光線都不能進入到光闌后方的成像區(qū)域。這樣在成像區(qū)域任意位置放置一個成像屏或是接收成像的裝置，都能夠得到清晰的成像結(jié)果，利用這個原理的鏡頭，就是物方遠心鏡頭。

物方遠心鏡頭的物方主光線平行于光軸，主光線的匯聚中心位于物方無限遠。其作用是可以消除物方由于調(diào)焦不準確帶來的讀數(shù)誤差。缺點是放大倍數(shù)與像距成直接關(guān)系。實際使用時相機安裝的遠近會影響放大倍數(shù)。

所以為了實現(xiàn)在不同觀察像距得到同樣放大倍率的像，就在物方遠心鏡的基礎(chǔ)上又加上了一個透鏡，具體光路圖如下圖1.3所示。

由上圖可見，使光闌位于第二組透鏡的物方焦點處，所以光線進入第二透鏡后，以垂直于第二透鏡，即平行于光軸的方向出射。這樣的原理制成的鏡頭，叫做雙遠心鏡頭。這種鏡頭因為鏡頭后方的光線都是平行光，所以不管在鏡頭后方的任何位置放置接收裝置，接收到的像的放大率與像距都沒有關(guān)系。

雙遠心鏡頭的特點是物體離得遠近或者相機離得遠近都不影響放大倍數(shù)，即像不隨像距變化而變化。所以被廣泛地應用在機器視覺測量檢測領(lǐng)域。

因為光路是可逆的，將物方遠心鏡頭的光路逆向，就得到了像方遠心透鏡的基本光路。如圖1.4所示。

像方遠心鏡頭可以消除像方調(diào)焦不準引入的測量誤差。這種鏡頭的特點是放大倍率與像距無關(guān)，相機離得遠還是近都不影響放大倍數(shù)。但是在工業(yè)圖像處理/機器視覺這個領(lǐng)域里，像方遠心鏡頭一般來說不會起作用的，因此這個行業(yè)基本是不用它的。

 圖一：遠心鏡頭拍攝圖

 圖二：普通鏡頭拍攝圖

畸變系數(shù)即實物大小與圖像傳感器成像大小的差異百分比。普通機器鏡頭通常有高于1~2%的畸變，可能嚴重影響測量時的精確水平。相比之下，雙遠心鏡頭通過嚴格的加工制造和質(zhì)量檢驗，將此誤差嚴格控制在0.1%以下。 

http://xiaoshimei.com.cn   光虎光電科技（天津）有限公司