远心镜头（Telecentric lens）原理介绍

远心镜头（Telecentric lens）原理介绍
远心镜头（Telecentric lens），是为纠正传统镜头视差而设计，它可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会变化，简单的说这种镜头拍出来的图像没有近大远小关系。

远心镜头又分为物方远心镜头、像方远心镜头和双侧远心镜头。下面是两个远心镜头的实物照片。

 

 

 

关于远心镜头的原理，网上有一些介绍，但是写的都很晦涩。其实几句话就能说清楚的，最核心的一点是远心镜头是普通镜头与小孔成像原理的结合。

这里我试着用三张图来说明远心镜头的原理。

物方远心镜头
传统镜头的光路：

 

 

如果我们在像方焦点处放置个小孔，光路就变成了这样：

 

 

这个小孔的作用就是只让平行入射的物方光线可以达到像平面成像。从几何关系可以看出这时像就没有近大远小的关系了。物方远心镜头的原理就这么简单。之所以叫物方远心，是因为接收平行光成像，相当于物体在无穷远处。

物方远心镜头的缺点是放大倍数与像距成直接关系。实际使用时相机安装的远近会影响放大倍数。所以每个镜头系统都要单独的标定放大倍数。

像方远心（image-space telecentric）

我们知道光路是可逆的，那么将物方远心镜头的光路反过来就成了像方远心镜头的光路。

 

 

这种镜头的特点是放大倍数与像距无关，相机离得远还是近都不影响放大倍数。

双侧远心镜头 （double telecentric、bi-telecentric）
结合物方远心和像方圆心的光路就成为了双侧远心镜头。下面是光路：

 

 

这种镜头的特点是物体离得远近或者相机离得远近都不影响放大倍数。所以广泛的应用在机器视觉测量检测领域。

当然，实际的圆心镜头中的小孔光阑不可能无限的小，那样进来的光线就太小了。所以实际的圆心镜头还是会有一定的近大远小关系的（这个指标称之为远心度，远心镜头的远心度通常小于0.1°）。物距也不是任意的，但是它比普通的镜头的景深要大得多。