用于小零件图像测量的双远心光学系统

二元光学在凸非球面零件检测中的应用
二元光学是一种非常实用的光学技术，在工业生产中有广泛的应用。

而在凸非球面零件的检测中，二元光学也能够发挥其独特的优势，提高产品的质量和生产效率。

凸非球面零件是指表面不同于球面的凸曲面。

由于其形状的特殊性，传统的光学检测方法难以对其进行有效的检测。

而二元光学通过
将两个不同的光源进行叠加，形成明暗交替的条纹，从而达到对非球
面零件曲面的检测。

该技术需要特殊的设备支持，主要包括两个光源、一组精密的透
镜和检测器。

其中，两个光源需要同时照射到被测物体上，形成相互
交替的亮线和暗线。

而透镜和检测器则需要将这些亮暗条纹转化为数
字信号，从而获得凸非球面零件表面的精确信息。

通过二元光学技术进行凸非球面零件的检测，可以大大提高产品
的质量和生产效率。

它不仅可以检测零件的外形和曲率，还可以捕捉
到微小的表面缺陷和变形。

这有助于避免产品的无效制造和缺陷的产生，同时也减少了人工检测的时间和成本。

总之，二元光学技术在凸非球面零件检测中发挥着非常重要的作用。

它能够提高生产效率、降低成本，同时还能够保证产品的质量和
安全。

未来，随着技术的不断发展，相信二元光学技术将会在更多的
工业生产领域得到广泛应用。

双远心工业镜头的原理简述近年来，经常做机器视觉精密测量的公司就会听到一些比较新的名词，如双侧远心、单侧远心、物方远心、像方远心等等这些以前并不是经常被提起的光学概念，让人一头雾水，不知如何理解，收集到的资料往往也都是专业化程度高不容易理解，今天就让维视图像从实际应用角度出发来简述双远心工业镜头的相关原理。

凸透镜成像原理特性一：所有经过光心的光不改变其传播方向特性二：凸透镜对平行光有汇聚作用，镜头的成像即利用这一点双远心镜头成像原理原理：通过在镜头中间放置光阑，使得进出镜头的光线均为平行光，其他光线被光阑遮挡，无法到达成像芯片各看一侧分别是物方远心、像方远心镜头。

物方解决景深问题，像方解决放大倍率变化问题。

双远心镜头解决的问题分辨率问题：普通工业镜头分辨率跟不上芯片分辨率提高的脚步，其受制于其光学成像的原理，最好的也只能做到10um左右,最多可配合1000W像素的相机使用，满足不了现在高分辨率相机和高精度测量检测的要求。

景深问题：普通镜头的景深比较小，当需要测量的物体在镜头纵深方向超出其范围，检测或测量无法进行。

放大倍率问题：放大倍率随作距离变化而发生变化。

当我们的视觉系统被用来执行精密测量任务时，这一特性会导致不可容忍的误差。

FAQ&答疑∙Q：为什么双远心镜头的体积通常比较大∙A：因为双远心镜头是平行光进出，所以需要多大拍摄面积，就需要多大面积的平行光进入，因此就需要多大面积的镜筒，所以双远心镜头体积通常都比较大，而且视场越大，体积越大。

∙Q：双远心镜头怎样选型？∙A：主要注意以下几点：视场范围，兼容的CCD靶面，接口类型等满足要求，其他的如工作距离，景深范围，外形尺寸等只要不影响使用就可以。

∙Q：双远心镜头配合什么样的光源效果比较好？∙A：由于远心镜头只接受平行光，滤除了几乎所有的漫反射光源，所以在自然环境下成像比较暗，所以选用平行光源能够最大限度的发挥双远心镜头的优势，使被测物体边缘清晰、稳定，并有效去除检测过程中的噪声。

工业相机，选择迪奥科技。

双远心镜头技术优势简述远心镜头主要是为纠正传统工业镜头视差而设计，其主光线与镜头光源平行，根据远心光路分类设计原理分别有物方远心和像方远心，而双侧远心是综合这两者的双重作用，用于视觉检测和测量领域可以有更好的成像效果和成像精度。

这里简要阐述双远心镜头的几点技术优势：一、无透视误差在计量学应用中进行精密线性测量时，经常需要从物体标准正面（完全不包括侧面）观测。

此外，许多机械零件无法精确放置，测量时间距也在不断地变化。

而软件工程师却需要能精确反映实物的图像。

远心镜头可以完美解决以上困惑：因为入射光瞳可位于无穷远处，成像时只会接收平行光轴的主射线。

二、近乎零失真度畸变系数即实物大小与图像传感器成像大小的差异百分比。

普通机器镜头通常有高于1~2%的畸变，可能严重影响测量时的精确水平。

（如：实际 50 毫米宽的物体，在这种镜头下成像宽度可能达到 51毫米）。

比方说畸变小于 0.1% ：实际宽 50毫米的物体，在成像时宽度绝不会大于 50.05 毫米，相比之下，畸变系数仅为普通镜头的二十分之一。

梯形畸变（亦即梯形失真效应或“薄棱镜”效应）不仅会导致成像不对称，也难以采用软件校正，是成像中需要消减的另一个重要因素。

三、高分辨率图像分辨率一般以量化图像传感器既有空间频率对比度的 CTF （对比传递函数）衡量，单位为lp/mm（每毫米线耦数）。

采用普通的集合了大量廉价的低像素、低分辨率镜头，最后只能生成模糊的影像。

而采用远心镜头，即使是配合小像素图像传感器（如 5.5百万像素, 2/3″），也能生成高分辨率图像。

四、更精准更一致的放大率一般普通远心镜头只接收与光轴平行的光束，但在使用普通远心镜头时，光束通过物镜后就与一般光线路径无异，因此光线会以不同的角度投射到感应芯片上，形成误差。

也就是说，光束在通过一般的远心镜头后即失去了远心的特性，因此物体在感应芯片上的成像依然会变形，而且离中心点距离越远的光点变形程度越严重，因此当物体位移时，光束成像的中心位置也会跟着改变，造成放大倍率上的误差。

专利名称：小景深高分辨率双远心光学镜头专利类型：发明专利
发明人：蔡达岭,沈栋慧,赵立勇,范君柳,葛大伟申请号：CN202010286252.0
申请日：20200413
公开号：CN111458853A
公开日：
20200728
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于光学镜头技术领域，具体涉及一种小景深高分辨率双远心光学镜头。

本发明提供的小景深高分辨率双远心光学镜头，沿光轴方向由物侧至像侧依次为双凸正透镜L、弯月正透镜L、弯月正透镜L、弯月负透镜L、孔径光阑、弯月负透镜L、双凸正透镜L、双凸正透镜L及弯月负透镜L，其结构简单，成本较低，具有良好的加工性能；具有极小的景深，可保证机器视觉测量系统能够稳定高效地获取连接器Pin针位置度；成像性能好，可支持2000万像素级别1in高分辨率工业相机；其远心度小，最大畸变小于0.1％，图像失真度大大降低，检测精度进一步提升，可应用于未来的机器视觉领域当中。

申请人：苏州科技大学,苏州德创测控科技有限公司
地址：215000 江苏省苏州市高新区滨河路298号
国籍：CN
代理机构：北京远大卓悦知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：祁云珊
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零件尺寸精度检测时，怎样选择测量工具？
零件尺寸精度检测工具一直在进化，从手动的卡尺、投影仪到半自动的工具显微镜、二次元影像仪，再到如今的全自动的闪测仪。

传统测量仪器如投影仪、二次元影像仪、工具显微镜、游标卡尺、千分尺等，在测量时面临诸多问题，如：测量对象的定位、原点定位费时，批量测量操作时间长，不同测量人员导致测量结果不同，数据统计管理繁杂等。

闪测仪的出现解决了以上难题，一键闪测，无需定位，杜绝人为误差，效率极高。

下面我从原理、结构以及使用三方面介绍一下闪测仪。

原理
VX系列闪测仪双远心镜头的整体成像（拍照式），结合高分辨率工业相机及高精度图像分析处理算法，通过软件计算后实现测量。

闪测仪的出现，颠覆了人们对测量精度与产品图像放大成比例的固有思维！
结构
外形设计充分利用空间结构，以及人性化设计理念，小巧精致，占地面积小。

拍照式的测量原理有效避免了阿贝误差的产生，测量精度受现场环境、使用时间的影响较小。

使用
可将多个产品同时随意地摆放在测量区域内，只需一键，快到1秒即可实现产品测量。

双侧远心镜头特性简介--深圳市视清科技有限公司一、无透视误差在计量学应用中进行精密线性测量时，经常需要从物体标准正面（完全不包括侧面）观测。

此外，许多机械零件并无法精确放置，测量时间距也在不断地变化。

而软件工程师却需要能精确反映实物的图像。

远心镜头可以完美解决以上困惑：因为入射光瞳可位于无穷远处，成像时只会接收平行光轴的主射线。

二、近乎零失真度畸变系数即实物大小与图像传感器成像大小的差异百分比。

普通机器镜头通常有高于1~2%的畸变，可能严重影响测量时的精确水平。

（如：实际50 毫米宽的物体，在这种镜头下成像宽度可能达到51毫米）。

比方说畸变小于0.1% ：实际宽50毫米的物体，在成像时宽度绝不会大于50.05 毫米，相形之下，畸变系数仅为普通镜头的二十分之一。

梯形畸变（亦即梯形失真效应或"薄棱镜" 效应）不仅会导致成像不对称，也难以采用软件校正，是成像中需要消减的另一个重要因素。

上面左图为远心镜头拍摄的畸变测试图，完全无径向畸变或梯形畸变。

中图为明显径向畸变。

右图为明显梯形畸变三、高分辨率图像分辨率一般以量化图像传感器既有空间频率对比度的CTF （对比传递函数）衡量，单位为lp/mm（每毫米线耦数）。

采用普通的集合了大量廉价的低像素、低分辨率镜头，最后只能生成模糊的影像。

而采用远心镜头，即使是配合小像素图像传感器（如5.5百万像素, 2/3"），也能生成高分辨率图像。

不同CTF 级别的光学器件所摄的标准美国空军的分辨率测试图之间有明显的差异。

四、更精准更一致的放大率一般普通远心镜头只接收与光轴平行的光束，但在使用普通远心镜头时，光束通过物镜后就与一般光线路径无异，因此光线会以不同的角度投射到感应芯片上，形成误差。

也就是说，光束在通过一般的远心镜头后即失去了远心的特性，因此物体在感应芯片上的成像依然会变形，而且离中心点距离越远的光点变形程度越严重，因此当物体位移时，光束成像的中心位置也会跟着改变，造成放大倍率上的误差。

双远心影像系统在微小结构测量中的应用陈伟琪;刘沛杰;张勇【摘要】In order to meet requirements of the precise measurement of the mini structure, an image measurement system based on line-structured laser scanning was established. In the system, a self-developed bilateral telecentric lens of low distortion (better than 0.02%) and large depth of field (greater than 5 mm) was used.In the depth of field, the matrix of imaging showed a good linearity. The noise suppression method and the midline extraction algorithm of structured light image were studied and the linear mapping algorithm was used to restore the contour of the workpiece, so as to realize the fast measurement of the mini structure. In order to ensure the stability of the measurement, the laser light was chosen and the narrow band filter was introduced, which effectively restrained the background noise. In the range of 5 mm, the measurement accuracy is between -10-10μm after the first-order error compensation. The system has low requirement for the positioning of the workpiece and it is applicable to the conventional measurement of the cham-fer, inclination and small irregular surface of the precision parts, which can meet the require-ment of the basic industrial and metrological testing.%为适应精密元器件微小结构测量的需求,建立一种基于线结构光扫描的影像测量系统.系统采用自行研制的低畸变(优于0.02%)、大景深(大于5 mm)双远心光学镜头,在景深范围内,物像映射矩阵呈现良好的线性关系.对测量图像噪声抑制方法及结构光图像中线提取算法进行研究,用线性映射算法还原工件轮廓,实现微小结构的快捷测量.为保证测量的稳定,系统选择线激光光源并引入窄带滤光片,有效抑制背景噪声,在5 mm量程内,一阶误差补偿后的测量误差控制在-10~10μm内.测量系统对工件定位要求低,适用于精密零件台阶、倾角及微小异型面的常规测量,可满足基本的工业及计量检测要求.【期刊名称】《中国测试》【年(卷),期】2017(043)012【总页数】6页(P69-74)【关键词】双远心镜头;线结构光;微小结构;精密元器件测量【作者】陈伟琪;刘沛杰;张勇【作者单位】广东省现代几何与力学计量技术重点实验室,广东广州 510405;广东省计量科学研究院,广东广州 510405;广州市宇欣光电子技术研究所,广东广州511442;广东省现代几何与力学计量技术重点实验室,广东广州 510405;广东省计量科学研究院,广东广州 510405【正文语种】中文现代工业制造装备的发展，大幅度提高了精密器件及零件的加工精度。

一种用于机器视觉系统的双远心镜头设计
曹一青
【期刊名称】《红外技术》
【年(卷),期】2022(44)2
【摘要】为了满足目前机器视觉工业在线检测提出的更高要求,本文给出了一种用于机器视觉系统的双远心镜头设计思路。

首先,根据系统设计指标,确定较合适初始结构;然后,在双远心镜头成像原理和像差分析方法基础上,应用光学设计软件Zemax对系统像差反复优化设计,最终得到了一款具有高分辨率、低畸变及远心度小等特点的双远心镜头。

该镜头系统由10片折射透镜组成,工作波长为400~700 nm,工作物距为100 mm,畸变小于0.07%,远心度最大不超过为0.06°,调制传递函数值在奈奎斯特频率77 lp/mm处均大于0.5,像差校正较好,满足系统设计要求。

【总页数】5页(P140-144)
【作者】曹一青
【作者单位】莆田学院机电与信息工程学院;福建省激光精密加工工程技术研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】O435.2
【相关文献】
1.基于机器视觉的非球面双远心工业镜头设计
2.基于近红外远心镜头的双目瞳孔检测仪光学系统设计
3.大视场双远心工业镜头光学系统设计
4.基于机器视觉检测的大视场双远心光学系统设计
5.基于双远心镜头的空间分辨PDV探头研制
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探究大视场双远心工业镜头光学系统设计发布时间：2023-01-30T01:11:29.457Z 来源：《中国建设信息化》2022年第18期作者：郭号[导读] 长久以来，工业镜头是图像采集操作整个过程所需的一类关键性部件郭号东莞市普密斯精密仪器有限公司广东东莞 523000[摘要]长久以来，工业镜头是图像采集操作整个过程所需的一类关键性部件，将会影响着机器视觉实际性能，还会影响着后续各类信息数据的获取处理、识别检测各类产品等各项操作。

考虑到双远心镜头有着较小畸变、较大景深等优势，为今后更好地开展相关设计工作，鉴于此，本文主要探讨大视场的双远心工业镜头当中光学系统总体设计，仅供参考。

[关键词]工业镜头；双远心；大视场；光学系统；系统设计；前言：因大视场之下，对双远心工业镜头内部光学系统实施合理设计，可促使系统更具测量精度，故对大视场的双远心工业镜头当中光学系统总体设计开展综合分析较为必要。

1、关于双远心镜头概述双远心镜头，其呈较小畸变、较大景深，且放大倍率基本不变，有着较为广泛的应用范围。

双远心镜头与普通的工业镜头相比，其对于被测物体所产生离面位移及相机自热、相机传感装置平面位置小变化等，往往并不敏感[1]。

2、系统设计2.1在结构选定层面双远心系统设计实践中，需结合各项技术指标，从ZEMAX的专利库当中选定反远距结构为其初始结构，反远距物镜属于孔径较大、中等视场的一个摄影物镜。

在一定程度上，物镜内设分离的负正光组，其后作业距往往高于焦距，而反远距型的物镜光阑需置于正组之中，比较接近于整个像面，该光阑和前组间距远，轴外光束总体呈极大的入射高度，且轴外部的像差大，后组总体承担的孔径同样相对较大，致使视场因受前组发散所影响，呈缩小趋势[2]。

2.2在系统优化设计层面视场类型设为物高，选定30mm、21.21mm、0mm这三个视场，主波长设定D（587 nm），其余波长分别设定F（486 nm）、D（587 nm）、C（656 nm）。

双远心工业镜头的原理简述1.双透镜组合结构：双远心工业镜头由两组透镜组成，分别称为前透镜组和后透镜组。

前透镜组由凸透镜和凹透镜组成，后透镜组由凸透镜和凸透镜组成。

两组透镜之间有一段空气，形成了一种空气-透镜-空气的结构。

2.焦距控制：双远心工业镜头的前透镜组的焦距通常比较短，而后透镜组的焦距比较长。

通过调整两组透镜之间的距离和透镜片的曲率，可以控制镜头的总焦距。

这使得双远心工业镜头能够实现大范围的焦距调节，从而适应不同拍摄距离的要求。

3.光线传输：当入射光线通过前透镜组时，由于前透镜组的曲率和折射率不同，光线会发生折射和散射。

然后，光线会经过空气层，在后透镜组处再次发生折射和散射。

最终，光线会通过整个透镜系统并在焦平面上聚焦。

4.光路设计：双远心工业镜头的光路设计旨在最大程度地减小像差和色差。

像差是由于折射不均匀而导致光线无法通过同一焦点而产生的问题。

色差则是由于不同波长的光线通过透镜时折射角度不同而引起的。

通过合理选择透镜的曲率和折射率，可以实现更好的像差和色差校正。

5.成像质量：双远心工业镜头具有较好的成像质量，能够提供高分辨率、高对比度和低畸变的图像。

它通常具有较小的视场角，使得图像在边缘部分的失真较小。

另外，双远心工业镜头还具有较大的光圈和较好的光线接收能力，适合在光线条件较暗的环境下进行拍摄。

总结起来，双远心工业镜头的原理是通过控制两组透镜之间的距离和曲率，实现焦距的调节，然后通过光线的折射、散射和传输，将光线聚焦在焦平面上。

透镜选择、曲率和折射率的优化设计能够最小化像差和色差，提高成像质量。

双远心工业镜头通常适用于工业摄影和机器视觉等领域，具有高分辨率、高对比度和低畸变等优点。

双远心镜头双远心镜头是一种相机镜头，最初是由蔡司公司提出的。

它被设计用来解决镜头色差和畸变问题，而成为一些高端相机的主要部件。

双远心镜头的原理传统单透镜组的光学设计在成像质量上面临着两个问题：色差和畸变。

通过将光路分为两个部分，分别对待这两个问题，便有了双远心的产生。

双远心镜头是一个光学系统，它是由四组光学元件组成，其中包括两组正透镜和两组负透镜。

这些透镜可以分成两个组成部分：近心组和远心组。

每个组件对入射光有不同的焦距，这使得光线可以在光学系统中被准确收集和聚焦，从而生成高质量的成像。

这种设计使得光路长度分为近距离和远距离的两个焦点，光线从近点和远点穿过不同的透镜，并在远点（APS-C相机中的成像传感器）处汇聚。

这么设计可以减少色差和畸变，提高成像清晰度，特别是在周边区域。

同时，还能使镜头轻巧小巧易于携带，适合广泛的摄影需求。

双远心镜头的使用范围双远心镜头适用于各种摄影领域，特别是肖像、风景、建筑和室内摄影。

它们的成像清晰度和对色彩的准确捕捉非常出色，这使得双远心镜头成为许多摄影师的首选。

值得一提的是，双远心镜头适用范围的已经不再仅限于传统SLR相机了，它们也可以用于现代的迷你相机以及其他相机和设备。

现在许多手机厂商甚至已经开始使用双远心镜头来提高手机相机的拍摄质量。

双远心镜头的优点1.高质量的成像：双远心镜头的设计可以使成像更加清晰，光线可以更加准确地被收集和聚焦，使得色差和畸变的问题得到最大的缓解。

因此，使用双远心镜头拍摄的照片清晰度和对色彩的捕捉非常优秀。

2.轻便便携：由于双远心镜头不需要增加许多光学元件，它们可以保持小巧轻便，这使得它们易于携带和使用，尤其是在户外拍摄时。

3.容易操作：双远心镜头适用于各种风格和技能水平的摄影师。

它们容易使用，可以轻松记录生动的瞬间，如人物肖像、动物、建筑和风景等。

双远心镜头的缺点1.昂贵：双远心镜头是高端相机的主要组成部件，因此价格通常很高。

对于普通消费者，这可能会是一项昂贵的投资。