远心镜头中的光学畸变和远心度是什么意思?

远心镜头中的光学畸变与远心度：工业测量为什么如此看重这两个指标？

在机器视觉或工业检测领域，普通镜头往往无法满足精密测量需求，其核心原因不在分辨率，而在于几何成像的稳定性。

涉及到的两个关键参数，就是“光学畸变（Optical Distortion）”与“远心度（Telecentricity）”。

很多人听过这些概念，却并未真正理解它们在工程场景中的意义。下面尝试用尽量清晰的方式解释。

光学畸变：几何形状是否被忠实还原

光学畸变描述的是：镜头成像是否保持了被测物体的真实几何比例。

普通镜头在视场边缘区域容易出现：

直线弯曲（桶形/枕形畸变）

比例被拉伸

尺寸随位置发生偏差

这类畸变在拍摄图像时不算严重问题，但在工业测量中会带来明显误差，尤其是需要测量边缘特征、孔距、外形轮廓时。

远心镜头的设计重点之一，就是把畸变控制到非常低的水平，使整个视场内的比例尽可能一致。

换句话说：你把物体放在视场任意位置，尺寸都应该保持一致。

 

远心度：决定“尺寸是否随距离变化”的核心指标

相比畸变，远心度对测量精度的影响更为关键。

远心度衡量的是：

当被测物体的位置（前后方向）发生微小变化时，成像尺寸是否保持稳定。

普通镜头存在明显的透视效应，也就是我们常说的近大远小：

物体稍微靠前，成像就变大

物体稍微后退，成像就变小

相机用于“观察”时无伤大雅，但用于“测量”时会造成难以消除的误差比如一个 10mm 的物体，在 50cm 处我们测量是 10mm，而在 51cm 处就成了 9.8mm，这对工业测量无疑是灾难性的问题。

远心镜头通过限制进入系统的主光线方向，使其近似平行，从而获得一种“无透视”的成像特性。其效果非常关键：

被测物体即使前后移动，图像尺寸也几乎不变。

这意味着测量结果不再依赖于物体的精确位置，大幅提高了结果的可重复性与稳定性。

 

为什么光学畸变与远心度缺一不可？

在实际工业场景中，测量误差主要来源于两类：

① 横向几何不一致 —— 对应畸变，也就是在画面的边缘会产生拉伸，导致测量错误。

② 纵向位置变化导致的尺寸漂移 —— 对应远心度，也就是不同的距离测量出来的数值不一样。

一个镜头若畸变低但远心度不足，仍会因距离漂移导致尺寸不稳定。

反之，远心度高但畸变大，边缘区域的几何轮廓依旧会被拉扯变形。

远心镜头真正的价值，就在于同时控制了这两个维度。

 

为什么普通镜头调算法也不够？

常有人提出：能否通过软件校正弥补镜头缺陷？

答案是：

一般畸变可以标定并校正

但远心度导致的透视变化属于物理层面，无法通过算法完全补偿

因为透视变化不是固定偏差，而是由物距变化导致的实时变化，根本无法用一次标定解决。

因此，只要涉及以下任务，远心镜头几乎是“不可替代”的：

高精度尺寸测量

位置不完全固定的工件检测

厚度、间距、轮廓等对几何一致性要求高的场景

工业自动化线上大批量检测

在这些应用中，测量稳定性直接决定良率，而良率直接决定成本。

 

两句话建立完整概念

光学畸变：镜头是否能在整个视场保持真实几何比例。

远心度：物距变化时，成像尺寸能否保持稳定。

工业测量对它们的要求极高，是因为设备需要的不是“看清”，而是“看准”。