随着机器视觉不断深入不同细分行业，需要用到移轴成像的场景在工业检测领域也不断增多。工业检测使用移轴成像的原因大多是空间不够不能竖直拍摄，或者是要同时对不在同一平面的被测物成像。

很多人把移轴镜头也叫沙姆镜头，这是因为移轴成像是要符合沙姆定律的。沙姆定律是指：如果镜头平面与成像平面不平行，不妨假设他们相交于某一条直线 ，那么所有能够清晰成像的点全部落在另一个平面上，这个平面同样经过直线。换句话说，对焦平面（能够清晰成像的点所在的平面，或者叫物平面）、镜头平面、成像平面，这三个平面都相交于某一条直线，平面示意图如下图所示（在平面图上，三条红色虚线代表三个平面，这三条直线相交于同一个点）摄影师喜欢用移轴镜头拍摄出微缩场景，或者增大景深。

微缩景观 

移轴摄影增大景深 

聊深入一些，移轴其实有两种情况，一是光轴倾斜，二是光轴平移。很多单反移轴镜头同时有这两种移轴功能。光轴倾斜是解决清晰度的，光轴平移是解决远端和近端放大率不同的。

比如我们想拍摄一栋大楼，如果不用移轴镜头，势必近大远小，导致大楼顶部看上去变小了，整个大楼呈现锥形。

如果使用了移轴镜头则消除了视差，即远近端的放大率之差。

比起摄影，工业检测移轴成像就复杂得多。首先，大部分是光轴倾斜的移轴应用，用以解决斜拍时清晰度的问题。如果没有光轴平移，则无法矫正梯形畸变。

不过移轴梯形畸变是线性变化的，可以通过算法插值矫正。不过根据笔者经验，工业移轴只适合检测，不适合测量。因为图像除了移轴梯形畸变还有镜头本身的光学畸变，两者叠加就给标定带来了很大的难度。

下文我们就深入讨论如果实现工业移轴中的光轴倾斜成像，光轴平移应用案例太少，此文不讨论。

根据沙姆定律，要想移轴成像，光轴不能垂直与芯片。根据沙姆原理图可以看出，拍摄角度越大，光轴偏转越大；工作距离越近，光轴偏转越大。这就要求工业移轴镜头必须能转动不同的角度以适应不同的拍摄角度和工作距离。但是，C接口工业镜头是很难做光轴旋转的，因为没空间。

这里有个概念叫光学后焦（BFL），指的是芯片到镜头最后一个光学面的距离。这个距离越短，镜头的成本就越低。所以市面上大部分C口工业镜头的后焦都非常短。C口法兰又只有17.526mm，所以C口镜头上几乎不可能设计出一个旋转装置，只能做固定角度移轴。因为不同的项目需要的角度不同，所以大部分移轴镜头需要定制角度，而且厂商无法做出系列化的产品，定制周期长，打样成本高。

当我公司发现这个问题时，想出了另一个解决方案。

既然镜头没办法旋转，干脆把旋转组件做在相机上，把相机C接口改成定制接口，旋转空间的问题就解决了。

通过这个移轴组件和定制相机的配合，所有的C接口工业镜头都可以实现±10°的移轴成像。现已有多家工业相机厂商采用此方案。

但是这又有个问题，相机需要定制。有些相机品牌方不愿意提供小批量的定制服务，而且相机定制周期也不短。所以还得在镜头上做文章。

定制移轴方案最麻烦的在于确定角度，在打样前没有样品可以验证。但我们已经做出了通用型的C接口移轴相机，用它可以快速确定移轴角度和成像品质。小萤成像又购买了一台工业级的3D打印机，可以进行快速打样。这样就能以非常高效和低成本的方式做出移轴镜头的样品，待量产时再做楔形金属镜筒的标准产品。用这套方法，小萤成像已经为多家客户完成了移轴方案的设计、验证、打样和量产。

固定角度移轴镜头 

可能有些用户会说，移轴镜头加个接圈就可以实现，为什么要这么复杂。只有一种情况是比较简单的，就是镜头的后焦比较长，有空间可以加移轴接圈，比如远心镜头和微距镜头。针对此类镜头，我司又设计了一个移轴接圈，只需要加上就可以实现±15°的移轴。但是此类移轴只适合视野比较小的情况。

还有客户问我们线扫镜头怎么做移轴。线扫镜头是不用做移轴的，因为成像区域是一条线，不存在远端近端的工作距离差。

最后我们总结一下：

小萤成像的解决方案针对三种情况：

第一种是大视野移轴拍摄，定制固定角度FA移轴镜头。先用带有刻度的移轴相机验证成像效果和移轴角度。然后利用3D打印机做快速打样，打样费用不高。量产后镜头是固定角度移轴，成本也很低。

第二种是直接购买移轴相机，有现货，所有C口镜头都可以使用。缺点是只有一款芯片为IMX183的标准品，且安装不便，不适合震动环境。

第三种是小视野移轴拍摄，多配合与远心镜头和微距镜头，使用移轴接圈解决，成本最低，使用便捷，可调角度。

以上就是小萤成像对工业移轴成像的理解和所作的一些努力。我们的方法足以应对大部分工业移轴场景，高效且成本低。希望可以帮助机器视觉行业，让移轴成像变得更简单。

（作者：广州市小萤成像技术有限公司 产品经理 王振鹏）