从人工视觉检测发展到工业机器视觉检测，其中一个关键目的就是提升准确性与稳定性。基于这个目标，机器视觉行业一直在尝试各种努力。比如通过专用光源排除环境光干扰；提升工业相机的信噪比与宽温特性，减少噪声干扰；训练深度学习模型，亚像素算法等。作为视觉检测系统中重要一环的光学成像，光虎光学立足远心镜头产品，助力视觉检测的“准”与“稳”。

小视野、高精度场景的灵活性

视觉处理的本质是特征提取与坐标关系，相应的，找出缺陷和测量尺寸也是工业视觉检测中经常用到的。无论是特征与尺寸，被测目标的边缘以及中心都是相对更重要的，所以在一定范围内，为了准确地对检测目标定性与定量，就势必要提高目标区域的单位面积像素数量，也就是提高像物比。如果采用一款定焦镜头，由于其成像特性满足公式：焦距/工作距离=传感器尺寸（像方）/视野大小（物方），工作距离就会限制像素精度。

比如一款75mm微距镜头，在工作距离300mm时，可知其像物比为0.25倍（见图1-1）； 而光虎光学OTL18.5-05-300C远心镜头在保证了较大工作距离300mm时，像物比为0.5倍（见图1-2）。面对小视野、高精度场景，远心镜头在既定工作距离下，容易获得更佳的像素精度。

图 1-1

图 1-2

改善畸变，拒绝视差

像素数量的提升有利于对特征的提取，然而对于相对位置关系、尺寸测量的提升却不明显，正是因为光学成像系统中存在畸变。大多数定焦镜头光学畸变普遍在1%左右，广角镜头的畸变则更明显。 光虎光学远心镜头产品普遍设计为畸变≤0.05%，部分产品系列可达≤0.01%，这就保证了像素坐标的天然准确性，即使通过算法标定矫正，在有限的像素采样频率下，远心镜头依然有着远超定焦镜头的测量稳定性。

人眼观察时会有近大远小的透视效应，如遇到具有高低差的被测物，采用同类成像原理的固定焦距镜头亦会被视差所困扰（如图2-1，图2-2）。 由前文像物比公式易知，视差所带来的图像尺寸变化（或像素坐标偏移）往往比畸变更显著。通过标定算法矫正的难度也就更大，甚至常常因条件限制或计算过于复杂而难以实现。

图 2-1

图 2-2

远心镜头采用无穷远处入射也即平行光线设计，可以做到视野及景深范围内像物比恒定，排除近大远小的干扰（如图3-1，图3-2），保证了高低差物体或产线振动时视觉检测的稳定性。

图 3-1

图 3-2

双侧远心的进一步提升

如大家所知，远心镜头的设计分为物方远心、像方远心以及双侧远心。上文所提到的远心镜头特性，物方远心镜头即可基本满足。然而，物方远心镜头的倍率虽不受工作距离影响，却易受像方后焦距离的影响。由于镜头与相机连接误差（后焦改变或像面倾斜），仍可能给视觉测量引入不稳定因素。根据高斯公式：1/s+1/s’=1/f，s与s’分别为物距与像距，由于不建议调整物方远心镜头，镜头的工作距离也无法做任何调整。

因此，双侧远心镜头的应用水到渠成。一定范围内，既可避免安装误差带来的测量不稳定性，也可反之应用于对镜头工作距离的适当调整。光虎光学TTL系列双远心镜头全部具有垫片可增减设计，方便后焦调节。（图4为TTL-11.5-45-70C）

图 4 调整双侧远心镜头工作距后，仍能得到相同倍率图像

当然，增加像方容错率仅是双侧远心镜头的表象和提点升之一，更好的远心度与更低畸变才是双侧远心镜头的追求所在（图5-1为远心镜头OTL11.5-05-110C参数，图5-2为双侧远心镜头TTL11.5-25-110C参数）。

图 5-1

图 5-2

随着工业视觉检测的应用更加深入与广泛，如何在复杂场景中保证精度与稳定性成为现阶段成像光学产品的突破重点。 光虎光学现有OTL远心镜头系列、TTL双远心镜头系列，以及增强远心效果的TLS远心光源系列等产品，通过各色性能优异的产品，光虎光学努力帮助客户解决工业视觉检测“准”与“稳”的难题。