遠(yuǎn)心鏡頭（Telecentric lens）是為糾正傳統(tǒng)鏡頭視差而設(shè)計(jì)，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(huì)變化，簡單地說，這種鏡頭拍出來的圖像沒有近大遠(yuǎn)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(yīng)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(huì)看到不同的像。這是因?yàn)椴煌锏奈锞嗖煌?，每一個(gè)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(diǎn)，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(diǎn)，即可找到對應(yīng)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(shí)，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(huì)導(dǎo)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(diǎn)處加上了一個(gè)小孔。本質(zhì)上就是加上了一個(gè)光闌。光闌可以限制進(jìn)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(diǎn)的位置多出了一個(gè)光闌，光闌限制了光的進(jìn)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(jìn)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(gè)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(gè)原理的鏡頭，就是物方遠(yuǎn)心鏡頭。

物方遠(yuǎn)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(yuǎn)。其作用是可以消除物方由于調(diào)焦不準(zhǔn)確帶來的讀數(shù)誤差。缺點(diǎn)是放大倍數(shù)與像距成直接關(guān)系。實(shí)際使用時(shí)相機(jī)安裝的遠(yuǎn)近會(huì)影響放大倍數(shù)。

所以為了實(shí)現(xiàn)在不同觀察像距得到同樣放大倍率的像，就在物方遠(yuǎn)心鏡的基礎(chǔ)上又加上了一個(gè)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(diǎn)處，所以光線進(jìn)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(yuǎn)心鏡頭。這種鏡頭因?yàn)殓R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(yuǎn)心鏡頭的特點(diǎn)是物體離得遠(yuǎn)近或者相機(jī)離得遠(yuǎn)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(yīng)用在機(jī)器視覺測量檢測領(lǐng)域。

因?yàn)楣饴肥强赡娴?，將物方遠(yuǎn)心鏡頭的光路逆向，就得到了像方遠(yuǎn)心透鏡的基本光路。如圖1.4所示。

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

 圖一：遠(yuǎn)心鏡頭拍攝圖

 圖二：普通鏡頭拍攝圖

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

http://lzhgzx.cn   光虎光電科技（天津）有限公司